KR20130047722A - 스마트폰을 위한 차량용 무선충전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 내부에서, 자기공진 및 전자기 감응공명 기술을 적용하여 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기를 전력송신장치 위에 올려놓으면 무선으로 전력을 전송하여 사용하거나 배터리를 충전할 수 있다. 또한 접촉식으로 올려놓지 않아도 전력을 무선으로 공급 및 충전 받을 수 있게 하는 전원 공급 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 스마트폰을 위한 차량용 무선 전력 전송 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 차량의 내부에서, 먼저 접촉식으로는 다수의 스마트폰 혹은 다양한 전자기기를 올려놓을 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 방법에 관한 것이며, 또한 비접촉식으로는 차량 내부에서 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기에 대한 무선 충전을 수행하여, 전력을 수급하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 곧 본 발명은 자기공진 및 전자기 감응공명(Electromagnetic Coupled Resonance)을 이용한 차량 내부의 스마트폰 등의 전자기기에 대한 무선충전에 관한 것으로 자기공진 및 전자기감응공명기술을 이용하여 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 휴대용 전자기기, 스마트폰 케이스 및 스마트폰 등은 차량 내부에서 전기에너지인 전력을 공급받는다.
한편 전자기감응공명기술에 있어, 근거리 전송은 전송 거리가 수 m~10m의 영역으로 하는 자기공명식으로, 수십 MHz의 주파수나 휴대폰에 사용하는 수백 MHz의 주파수를 사용할 수 있으며, 송수신단에 동일한 주파수로 적은 양의 에너지를 전송한다. 이론적으로 실내에 장치되어있는 전기제품들을 배선 없이 사용할 수 있으며, 휴대하고 있는 장치들도 별도의 전원선 연결 없이 동시에 무선 작동 가능한 기술이다. 비접촉식 전송은 전송거리가 수mm~수cm 내외로 물류유통, 교통카드 등의 다양한 기기에 실제로 응용되어지고 있다. 특히 근접거리 비접촉식 에너지 전송기술은 무선으로 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술 중에서
자기유도(Inductive Coupling) 현상을 이용한 것으로서, 나란히 마주한 2개의 금속 코일 간에 발생하는 전류, 전자기 상호 작용에 의해 에너지를 전송하는 방식으로 하나의 코일에서 다른 쪽으로 자기장을 통해 전류를 유도하는 원리이며, 양쪽 코일의 상대적 위치, 거리, 부하 전력이 정확해야 한다. 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 기준 각도를 벗어나도 전송효율이 급격히 떨어지는 단점이 있으나 정해진 거리나 기준 각도가 송수신 범위 내에 있을 경우에는 전송효율이 높은 장점을 가지고 있다(방태성, 밀폐형 지그비 모듈에 적용 가능한 무선 전력 전송에 관한 연구, 아주대학교 정보전자공학과 2011년 석사학위논문).
무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 또한 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
무선 충전 기술이란 무선 전력 기술의 다른 말로써, 예를 들어 전자기기를 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 접촉식으로서 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 전자기기의 배터리가 충전이 되는 기술을 의미한다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 면도기의 배터리 충전이 상기 기술로 충전되며, 이러한 기술은 일반인들에게도 알려져 있다. 이러한 기술은 전자 제품을 무선으로 충전한다는 점에서 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자기기의 휴대성을 높일 수 있어 주목받고 있는 기술이다.
이러한 무선 충전 기술로는 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 무선 전력 전송 방식 및 공진을 이용하는 방식으로 구분할 수 있다. 상기에서 나열한 무선 충전 기술들을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 전자기 유도 방식은 1차 코일과 2차 코일 간 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직여 주면 유도전류가 발생하여 전기를 생성한다. 즉 송신부에서 자기장을 발생시켜 수신부에서 자석의 역할을 대신하여 에너지를 만들어 내는 방식이다. 코일과 자석에 의하여 전류가 발생하는 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 에너지 전송 효율이 뛰어난 장점이 있다. 가장 실용화가 많이 이루어져 있는 방식으로 다양한 전자기기에 응용되고 있다.
다음으로 공진을 이용하는 방식은 공진 방식 전력 전송 원리를 이용하여 충전장치와 수 미터 떨어져 있어도 전력이 무선으로 전송되는 방식이다. 이는 공명(Resonance)이란 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것으로, 소리를 공명시키는 대신 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켜 무선으로 전력을 전송한다.
마지막으로 무선 전력 전송 방식은 전파를 방사(RF/Micro Wave Radiation)하여 전력을 무선으로 전송하는 것으로, 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 전송하는 새로운 개념의 전력 전송 방식이다.
상기와 같이 다양한 전력 전송 방식이 존재하고 상기 전력 전송 방식 중 하나를 적용한 전자기기들이 많이 출시되고 있다. 최근에는 스마트폰 등의 이동단말기와 같은 이동성을 중요시하는 전자기기에도 무선 충전 기술의 도입 요구가 증가하고 특히 차량 내부에서 기존의 유선방식으로 전력을 공급하는 것이 아닌 무선 충전을 수행하는 기술이 요구되고 있다.
한편 전자기 감응공명 기술에 있어, 무접점 전력 전송 기술의 기본 원리는 AC의 전류를 1차측 코일에 흘려 2차측 코일에 유도 기전력을 일으키는 일반 트랜스포머와 같은 원리이다. 트랜스포머의 원리는 도 6과 같이 철심 중의 자속Φ[Wb]가, dt[s]사이에 dΦ[Wb]의 비율로 변화한다. 그 결과, 전자 유도에 관한 패러디와 렌쯔의 법칙으로, 1차 및 2차 권선의 권수N1, N2에 유도되는 기전력 e1,e2는 어느 것이나 를 방해하는 방향으로 생기고, 여기에서, 1차 권선에 더하여진 전압 v1과 1차 권선의 유도 기전력 e1과의 권계가 나오고, 이때, v1과 v2는 서로 역상이 된다. 그런데, v1과 v2의 실효치를 V1, V2로 하고, V1과 V2의 비를 취하면 a가 나오고, a는 1차 코일의 권수N1과 2차 코일의 권수N2와의 비이기 때문에 a를 권수비라고 한다. 따라서, 권수비를 바꾸는 것에 의해서 2차 전압을 임의로 바꿀 수가 있다. 여기서 코일의 형태는 도 7과 같다. 곧 1차측 코일과 2차측 코일의 유도 기전력을 이용한 무접점 전력 전달기술의 형태는 구조상 코어 권선형(원통형) 타입과 나선형 타입이 있다.
코어 권선형 타입은 직사각형 페라이어트 재질의 자속 코어를 코일로 권선하는 타입으로 코일 기둥의 면과 면이 접촉하여 수평 구조의 자계를 형성하며 에너지를 전달하는 방식으로 코일에 감겨진 중앙코어로 자로가 형성되어 구조상 에너지 전달 영역이 넓고 전달될 수 있는 전력량이 큰 것이 특징이다. 나선형코일 타입은 나선형으로 감겨진 코일과 코일의 중앙을 일치시킴으로써 수직자계를 유도하여 에너지를 전달하는 방식으로 구조상 에너지 전달 영역이 좁지만 상대적으로 자기장의 집속도가 우수하며 누설되는 양이 적어 비교적 효율이 높고, 전력 코일을 얇은 두께로 구현할 수 있는 특징을 가지고 있어 저 전력량의 휴대용 기기에 내장되는 디자인으로 선정함에 있어 유리한 점이 있다(방태성, 밀폐형 지그비 모듈에 적용 가능한 무선 전력 전송에 관한 연구, 아주대학교 정보전자공학과 2011년 석사학위논문).
관련 선행기술로는 무선 충전용 코일 구조체 및 이를 구비한 무선 충전 장치(한국 등록특허 10-1222777), 복수의 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 공급기에 신호를 송신하는 방법 및 장치(한국 공개특허 10-2013-0027947)가 있다.
본 발명은 차량 내부에서, 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 무선으로 에너지를 효율적으로 전달할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제공할 수 있도록 한다. 본 발명은 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스에 별도로 전력 공급을 위한 전선이 필요하지 않기 때문에 미관상 우수하며, 상기 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스뿐만 아니라 차량용 스마트키 시스템이나 전자수첩과 같은 다른 휴대용 전자기기를 차량내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 전력전송장치 위에 올려놓아도 무선으로 전력을 전송하여 사용하거나 배터리를 충전할 수 있는 전원공급시스템을 제공할 수 있다. 또한 상기 전력전송장치에 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기를 접촉식으로 올려놓지 않아도 상기 전력송신장치에서 차량 내부의 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기를 인지하면, 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기의 전원을 자기공진 및 전자기 감응공명 기술을 적용하여 무선으로 공급 및 충전 받을 수 있는 전원 공급 시스템을 제공하는 데 있다. 또한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 사용자는 차량탑승 시 자동적으로 충전기능이 수행되어 배터리 걱정을 할 필요가 없게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 무선으로 전력을 공급하기 위한 무선 전원 공급 시스템은, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 무선으로 방출하는 무선전원 송신장치; 및 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 내장되어 방출되는 상기 전원을 수신하여 충전용 또는 사용 전원으로 상기 차량 내부에 위치한 전자기기 등의 스마트폰의 내부로 공급하는 무선전원 수신장치;를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내부에 장착되는 무선전원 송신장치는, 전원을 공급받아 자기장을 발생시키는 송신 코일; 상기 송신 코일에 의해 생성된 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 공진 코일; 및 무선전력이 방출되는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기들이 접촉할 수 있는 배치면;을 포함한다. 또한 배치면은 고주파발생부; 고주파증폭부; 무선전력전송부;를 포함할 수 있다.
상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 무선으로 방출하는 무선전력전송장치의 무선전원 송신장치는, 입력되는 상기 전원에 대응하여 고주파수로 발생시키는 고주파 발생부; 상기 전원에 대응하여 발생된 상기 고주파수를 증폭시키는 고주파 증폭부; 및 증폭된 상기 고주파수의 전원을 무선으로 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 방출하는 무선전력전송부;를 포함하여 구성된다.
상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전력전송부는, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스가 위치하는 방향을 향해 공진 주파수를 발생시키는 제1 공진 코일; 및 상기 제1 공진 코일의 내부 또는 외부에 이웃하게 배치되어 상기 제1 공진 코일에서 발생된 상기 공진 주파수를 이용하여 상기 고주파 증폭부에서 증폭된 상기 고주파수 전력을 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스가 위치하는 방향으로 전송하는 제1 루프 안테나;를 포함하여 구성된다.
상기 무선전원 송신장치는 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는데, 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 전력을 방출한다. 이때 사용자에 의해 미리 온오프(on-off)되거나 그 값이 정해질 수 있다.
상기 무선전원 수신장치는, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 내장 및 설치되어, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전력전송부로부터 무선으로 전송된 상기 고주파수 전원을 수신하는 무선전력수신부; 및 수신된 상기 고주파수 전원을 DC로 변환하여 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기의 내부에 구비된 충전을 위한 배터리로 공급하는 정류회로;를 포함하여 구성된다.
상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 있어, 상기 무선전력수신부는, 상기 제1 루프안테나에서 발생된 상기 공진 주파수에 대응하여 상기 공진 주파수를 공진시키는 제2 공진 코일; 및 상기 제2 공진 코일의 내부 또는 외부에 이웃하게 배치되어 상기 공진 주파수에 의해 전송되는 상기 고주파수 전력을 수신하는 제2 루프 안테나;를 포함하여 구성된다. 상기 제1 및 제2 공진 코일은 원통형 또는 나선형 구조를 갖는다.
상기 무선전원 수신장치는, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 내장 및 설치되는데, 단말기 케이스에 내장 및 설치될 경우, 단말기 케이스와 스마트폰과 같은 단말기 본체는 전원단자로 서로 연결될 수 있다.
아울러 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등의 무선 충전 방법에 있어서, 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치에서 전력이 방출되는 단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등의 전자기기가 차량 내부의 무선전원 송신장치에서 방출되는 전력을 감지하는 단계; 상기 무선전원 송신장치에서 방출되는 전력이 감지되면 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 충전필요 여부를 확인하는 확인단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 충전이 필요할 시 충전허용을 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 소유자에게 묻는 충전 허용단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 사용자에 의해 충전을 허락받으면 충전을 시작하는 충전단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 대한 충전이 완료되는 완료단계; 및 대기단계;로 구성된다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등의 무선 충전 방법에 있어서, 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치에서 전력이 방출되는 단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 차량의 시동이 스타트온(start on)되면서 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치로부터 방출되는 전력을 수신하여 자동충전을 시작하는 충전단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 대한 충전이 완료되는 완료단계; 및 대기단계;로 구성된다.
본 발명은 차량 내부에서, 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등에 무선으로 전력에너지를 효율적으로 전달할 수 있는 무선전력전송장치를 제공할 수 있도록 한다. 본 발명은 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 별도로 전력 공급을 위한 전선이 필요하지 않기 때문에 미관상 우수하며, 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기를 전력송신장치 위에 올려놓아도 무선으로 전력을 전송하여 사용하거나 배터리를 충전할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 전력송신장치에 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기를 접촉식으로 올려놓지 않아도 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기의 전력을 자기공진 및 전자기 감응공명 기술을 적용하여 무선으로 공급 및 충전 받을 수 있게 하는 전원 공급 시스템을 제공하는 효과가 있다. 또한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 사용자는 차량탑승 시 자동적으로 충전기능이 수행되어 배터리 걱정을 할 필요가 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에서의 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기의 무선전원 공급 시스템으로서 무선 전력전송시스템의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에서 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 접촉되는 배치면이 구비된 무선전원 송신장치의 사용예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 무선전원 수신장치를 내장 및 장착한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스와, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치 간의 차량 내부에서의 무선으로 전원 공급이 가능한 무선 전원 공급 시스템을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기케이스에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 감응공명 기술에 있어, 무접점 전력 전송 기술의 기본 원리로서 AC의 전류를 1차측 코일에 흘려 2차측 코일에 유도 기전력을 일으키는 일반 트랜스포머 원리를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 1차측 코일과 2차측 코일의 유도 기전력을 이용한 무접점 전력 전달기술의 형태로서 구조상 코어 권선형(원통형) 타입과 나선형 타입의 형태를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 송수신을 위해 무선전력전송부 및 무선 전력수신부에 설치되는 공진 코일의 구조, 루프 안테나와 공진 코일의 배치 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치와 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치 간의 차량 내부에서의 충전을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 송신장치의 송신 코일의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11과 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신장치의 형태를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치와 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치 간의 차량 내부에서의 충전을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에서 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 접촉되는 배치면이 구비된 무선전원 송신장치의 사용예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 무선전원 수신장치를 내장 및 장착한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스와, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치 간의 차량 내부에서의 무선으로 전원 공급이 가능한 무선 전원 공급 시스템을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기케이스에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 감응공명 기술에 있어, 무접점 전력 전송 기술의 기본 원리로서 AC의 전류를 1차측 코일에 흘려 2차측 코일에 유도 기전력을 일으키는 일반 트랜스포머 원리를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 1차측 코일과 2차측 코일의 유도 기전력을 이용한 무접점 전력 전달기술의 형태로서 구조상 코어 권선형(원통형) 타입과 나선형 타입의 형태를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 송수신을 위해 무선전력전송부 및 무선 전력수신부에 설치되는 공진 코일의 구조, 루프 안테나와 공진 코일의 배치 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치와 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치 간의 차량 내부에서의 충전을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 송신장치의 송신 코일의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11과 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신장치의 형태를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치와 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치 간의 차량 내부에서의 충전을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명이 제안하는 차량 내부에서 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 무선으로 에너지를 효율적으로 전달할 수 있는 무선전력전송시스템에 있어, 무선 전력 기술은 먼저 자기 공진 방식으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송시스템으로서 무선전력전송장치는 도 1과 같이 구성될 수 있다. 전원부(10)에서 발생한 전력은, 송신 코일(21)에 의해 자기장을 발생시키고, 송신용 공진 코일(22)에 자기장 에너지가 전달되면 송신용 공진 코일(22)에서 자기 공진에 의해 자기장을 증폭, 무선으로 전력을 전송하는 역할을 한다. 증폭된 자기장은 일반적인 자기장 유도방식의 전력 전송보다 훨씬 멀리 에너지를 전달할 수 있다. 수신용 공진 코일(31)에서도 마찬가지로 전달된 자기장을 공진시켜 증폭하는 역할을 하여 효율적으로 에너지를 수신하도록 하는 방식이다. 결과적으로 볼 때, 먼 거리에서 효율적으로 에너지를 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송시스템으로서 무선전력전송장치(100)는 전원부(10)를 포함할 수 있다. 전원부(10)는 소정 주파수에 따른 전력을 발생시킬 수 있다. 소정 주파수는 디폴트 주파수를 가질 수 있다. 디폴트 주파수는 제작 당시에 설정되거나 변경설정될 수 있고, 타겟으로 하는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기를 위치시켰을 때의 공진 주파수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송시스템으로서 무선전력전송장치(100)는 송신 장치(20)를 더 포함할 수 있다. 송신 장치(20)는 송신코일(21) 및 송신용 공진 코일(22)을 포함할 수 있다. 송신 코일(21)에서 자기장이 발생되면 송신용 공진 코일(22)에 에너지가 전달된다. 송신용 공진 코일(22)에서는 공진을 일으키는 방식으로 자기장이 증폭될 수 있다. 증폭된 자기장은 공간을 거쳐 수신 장치(30)에 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송시스템으로서 무선전력전송장치(100)는 수신 장치(30)를 더 포함할 수 있다. 수신 장치(30)는 송신 장치(20)에서와 동일한 방식으로 증폭된 자기장을 수신용 공진 코일(31)에서 전달받아 자기장을 증폭시키고, 수신 코일(32)을 경유하여 부하(40)에 전달시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내부에서 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 접촉되는 배치면이 구비된 무선전원 송신장치의 사용예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무선전력전송시스템으로서 무선전력전송장치(100)의 송신장치(20)는 배치면(202)을 통해 접촉된 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 대해 전력을 전송할 수 있다. 배치면(202)은 무선전력전송장치(100)의 송신장치(20)가 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치될 때 외부에 노출되는 부분으로서 배치면(202)에서는 무선 전자기 에너지가 발생 및 증폭되어 배치면(202) 및 그 위로 전달되고, 비접촉된 휴대용 단말기(300) 및 단말기케이스(400), 전자수첩(302) 및 차량용 스마트키 시스템(303)과 같은 다른 휴대용 전자기기로 전력이 무선으로 전달될 수 있다.
또한 도 2에서 나타내는 바와 같이, 송신장치(20)는 배치면(202)을 구비하여 송신장치(20)로부터 발생한 전자기에너지는 송신장치(20) 위에 놓인 배치면(202)에 접촉된 휴대용 단말기(301) 및 전자수첩(302), 차량용 스마트키 시스템(303)과 같은 다른 휴대용 전자기기에 전달되어 충전 또는 동작하게 할 수 있다. 또한 송신장치(20)는 무선전력송신을 다수의 전자기기들(300, 301, 302, 303)에 대해 동시에 수행할 수 있다. 또한 송신장치(20)는 차량 내부의 다수의 휴대용단말기에 대해 동시에 무선전력송신을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 송신장치(20)는 배치면(202)이 외부에 노출되어 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기들(301, 302, 303)이 접촉가능 하도록 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된다.
한편, 송신장치(20)의 배치면(202)에 배치된 다수의 전자기기들(301, 302, 303) 및 비접촉된 휴대용 단말기(300)에 전달되는 에너지 효율은 기기마다 달라질 수 있다. 예컨대, 비접촉된 휴대용 단말기(300)와 접촉된 휴대용 단말기(301), 전자수첩(302) 및 차량용 스마트키 시스템(303)과 같은 다른 휴대용 전자기기는, 송신장치(20)으로부터의 거리, 자체 내부 저항 및 상호 인덕턴스 등이 각각 다르기 때문이다.
예컨대, 비접촉된 휴대용 단말기(300) 혹은 단말기케이스(400)의 경우 송신장치(20)으로부터 50cm 정도 떨어져 있는 경우에 전력 전달 효율이 50%가 될 수 있다. 비접촉된 휴대용 단말기(300) 혹은 단말기케이스(400)가 소비하는 전력이 예를 들어, 20W이하인 경우, 송신장치(20)는 비접촉된 휴대용 단말기(300) 혹은 단말기케이스(400)의 소비 전력을 충족하기 위하여 40W정도 이상의 전력을 송신할 필요가 있다. 또한, 접촉된 휴대용 단말기(301) 혹은 단말기케이스(400)는 송신장치(20)와 더 근접하여 접촉되어 있으므로 80~100%정도의 전달 효율에 도달할 수 있다. 전자수첩(302)이나 차량용 스마트키 시스템(303)만을 충전하는 경우에는 예를 들어, 전자수첩(302) 및 차량용 스마트키 시스템(303)의 충전 전력이 5W정도일 경우, 에너지 전달 효율을 고려하여 송신장치(20)는 7W정도의 전력을 송신하여도 될 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전원 수신장치(30)가 내장 및 장착된 차량 내부에 위치한 스마트폰(300, 301)과 같은 단말기 및 단말기 케이스(400)와 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치(20) 간의 차량 내부에서의 무선으로 전원 공급이 가능한 무선 전원 공급 시스템을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 송신장치(20)는 차량 내부의 콘솔박스 내부에 설치될 수 있으며, 차량도어 내부의 손잡이 부분에 내장형으로 설치될 수도 있으며, 차량 내부의 센터페시아 일측 내부에 설치될 수 있는 등, 차량 내부의 임의의 위치에 장착 혹은 내장 및 설치될 수 있는데, 배치면(202)은 외부로 노출되게 하여 배치면(202)에서 무선 전자기에너지가 발생 및 증폭되어 배치면(202) 및 그 위로 전달되거나 차량 내부의 비접촉된 휴대용 단말기(300), 다수의 전자기기들(301, 302, 303)으로 전력이 전달될 수 있도록 구성된다.
또한 본 발명이 제안하는 차량 내부에서 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 무선으로 에너지를 효율적으로 전달할 수 있는 무선 전력 전송기술은 전자기감응공명 방식을 포함한다. 따라서 본 발명은 차량 내부에 위치하여 무선전력 송신장치의 배치면에 접촉된 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 무선으로 전력을 송신하여 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기의 전원부의 배터리를 자동 충전하거나, 비접촉된 경우, 무선으로 전력을 직접 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 전력을 공급할 수 있는 방법을 제안한다.
이하 도1, 2, 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기의 무선 전원 공급 시스템은 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치(20)와 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400), 전자기기(302, 303)에 구비된 무선전원 수신장치(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
무선전원 송신장치(20)는 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 무선으로 전원을 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 전송하고, 무선전원 수신장치(30)는 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 설치되어 무선전원 송신장치(20)로부터 전송되는 전원을 수신한다.
따라서 본 발명은 무선전원 송신장치(20)를 이용하여 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 무선으로 전원을 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)의 배터리를 자동 충전할 수 있도록 하기 위해 전자기감응공명(Electromagnetic Coupled Resonance; ECR) 기술을 이용한다. 전자기감응공명 기술은 수십m 거리 이내에 있는 무선전원 수신장치에 대전력을 전송할 수 있는 기법이다.
도시된 무선전원 송신장치(20)는 고주파 발생부(510), 고주파 증폭부(520), 및 무선전력전송부(50)를 포함하여 구성된다.
고주파 발생부(510)는 입력되는 전원으로부터 고주파수를 발생시켜 고주파 증폭부(520)로 출력한다. 고주파 증폭부(520)는 고주파 발생부(510)에서 발생된 고주파수를 증폭시켜 무선전력전송부(50)로 출력한다. 무선전력전송부(50)는 고주파 증폭부(520)에서 증폭된 고주파수의 전원을 전자기감응공명 기술을 이용하여 무선으로 방출한다.
무선전력전송부(50)는 루프 안테나(412) 및 공진 코일(414)을 포함하여 구성된다. 공진 코일은 커플링 코일을 이용하여 특정 방향으로 감쇠파(Evanescent wave)인 공진 주파수를 발생시키다. 루프 안테나(412)는 공진 코일의 중심부에 위치하여 공진 코일(414)에서 발생된 공진 주파수를 이용하여 고주파 증폭부(520)에서 증폭된 고주파수 전력을 방출한다. 이러한 구성을 갖는 무선전력전송부(50)로부터 송신되는 감쇠파 특성을 갖는 고주파수 전원은 최대 수십m까지 방출된다.
본 실시예의 무선전원 송신장치(20)는 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되고, 무선전원 수신장치(30)는 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 설치된다.
휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)가 차량내부에 진입되고, 차량의 시동이 스타트온(start on)되거나 혹은 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 전원을 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 전송하며, 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 구비된 무선전원 수신장치(30)는 전자기감응공명 기법으로 무선전원전송장치로부터 전송된 전력을 수신하게 된다. 무선으로 전원을 공급받은 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)는 자체 구동 전원으로 사용하거나 또는 배터리를 충전하는데 사용하게 된다.
본 실시예에서 차량 내부에 한대의 무선전원 송신장치(20)가 설치되어 있으면, 차량 내부에 위치한 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)가 다수 개 있어도 각각에 무선으로 전력을 공급할 수 있다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 무선전원 수신장치(30)는 무선전력수신부(410), AC/DC 정류회로(430), 충전용 배터리(440), 전력방출감지장치(450)를 포함하여 구성된다.
무선전원 수신장치(30)는 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 구비된 전자기감응공명 방식에 의한 전원 수신용 장치로서, 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 전력을 공급받아 다음과 같은 절차로 충전을 하게 된다.
무선전력전송부(50)에서 방출된 고주파수 전원은 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 설치된 무선전력수신부(410)로 전자기감응공명 방식으로 전달된다.
무선전력수신부(410)는 무선으로 전송된 고주파수 전원을 전자기감응공명방식으로 자동 수신한다. 이를 위해, 무선전력수신부(410)는 루프 안테나(412) 및 공진 코일(414)을 포함하여 구성된다. 공진 코일(414)은 무선 전송부(530)에서 발생되는 공진 주파수로 공진시킨다. 루프 안테나(412)는 공진 코일(414)의 중심부에 위치하여 공진 주파수를 통해 전송되는 고주파수 전원을 수신한다.
또한 무선전력수신부(410)는 수신된 전원에 대해 임피던스를 매칭시켜 최대 값을 갖는 전원을 추출하여 AC/DC 정류회로(430)로 공급된다. AC/DC 정류회로(430)에서는 수신된 전원이 직류(DC) 전원으로 정류된다.
정류된 전원은 충전용 배터리(440)로 전달되어 충전된다. 또한 정류된 전원은 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 공급되어 사용된다.
이때 전력방출감지장치(450)는 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)에 구비되어 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지한다.
이하 도 4와 도 5에 대한 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰(300, 301)과 같은 단말기 케이스(400)에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치(30)를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 단말기 케이스(400)에 무선전원 수신장치(30)를 구비하여 스마트폰(300, 301)의 본체와 단말기 케이스(400)가 결합되면, 스마트폰(300, 301)은 결합된 단말기 케이스(400)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 이때 스마트폰(300, 301)의 본체와 단말기 케이스(400)는 각각의 전원단자로 서로 결합된다. 이때 전력방출감지장치(450)는 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기(300, 301)에 내장 및 장착된 무선전원 수신장치(30)를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 스마트폰(300, 301)의 본체의 일측에 무선전원 수신장치(30)를 구비하여 송신장치(20)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 이때 전력방출감지장치(450)는 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 감응공명 기술에 있어, 무접점 전력 전송 기술의 기본 원리로서 AC의 전류를 1차측 코일에 흘려 2차측 코일에 유도 기전력을 일으키는 일반 트랜스포머 원리를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 1차측 코일과 2차측 코일의 유도 기전력을 이용한 무접점 전력 전달기술의 형태로서 구조상 코어 권선형(원통형) 타입과 나선형 타입의 형태를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 송수신을 위해 송신장치(20) 및 수신장치(30)에 설치되는 공진 코일의 구조, 루프 안테나와 공진 코일의 배치 예를 도시한 것으로, 배경기술로서 현재까지 알려진 것과 같이, 도 8의 a와 b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 송수신을 위해 송신장치(20) 및 수신장치(30)에 설치되는 공진 코일의 구조를 도시한 도면이다.
도시된 바에 따르면, 무선 전원 송수신용 공진 코일은, 도 8의 a와 같이 원통형 구조(414a)로도 제작될 수도 있고, 도 8의 b와 같이 나선형 구조(414b)로도 제작될 수도 있다.
도 8의 c와 d는 배경기술로서 현재까지 알려진 것과 같은, 본 발명의 실시예에 따른 루프 안테나(412)와 공진 코일(414)의 배치 예를 도시한 도면이다. 도시된 바에 따르면, 루프 안테나(412)는 도 8의 c와 같이 공진 코일(414)의 내부에 배치되도록 설치할 수도 있고, 도 8의 d와 같이 공진 코일(414)의 외부에 배치되도록 설치할 수도 있다.
도 9와 도 13은 발명의 실시예에 따른 무선전원 수신장치(30)가 내장 및 장착된 차량 내부에 위치한 스마트폰(300, 301)과 같은 단말기 및 단말기 케이스(400), 전자기기(302, 303)와 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치(20) 간의 차량 내부에서의 무선 충전을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 무선전력송수신 방법은 차량의 시동이 스타트온(start on)되어 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치(20)의 전력이 방출되는 시작단계(S10), 차량내부의 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지하는 감지단계(S20), 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력이 감지되면 충전필요 여부를 확인하는 확인단계(S30), 충전이 필요할 시 충전허용을 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 본체 및 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 소유자에게 묻는 충전 허용단계(S40), 충전을 허락받으면 충전을 시작하는 충전단계(S50), 충전이 완료되는 완료단계(S60) 및 대기단계(S70)를 포함한다.
이하 도 9를 참조하여, 단계별 상세히 설명한다. 시작단계(S10)에서는 차량의 시동이 스타트온(start on)되면, 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 전력이 방출된다. 이때 무선전원 송신장치(20)의 전원은 사용자에 의해 미리 온오프(on-off)로 설정되거나 그 값이 정해질 수 있다.
감지단계(S20)에서는 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)는 구비된 방출전력감지장치(450)를 통해 차량내부의 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지하여 무선전력의 방출여부를 감지한다.
확인단계(S30)에서는 방출되는 전력이 감지되면 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)는 충전필요 여부를 확인한다. 이때 사용자에 의해 미리 설정된 값을 기준으로 충전필요여부에 대한 배터리 잔량을 측정하여 여부를 확인할 수 있다. 또한 이때 충전여부가 부(否)로 판정되면, 대기단계(S70)로 돌아가서 일정시간 대기 후 반복 수행한다. 이때 대기시간은 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다.
허용단계(S40)에서는 전 단계인 확인단계(S30)에서 충전이 필요한 것으로 판정되면, 충전허용 여부를 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303) 사용자에게 묻는다. 예를 들면, 메시지출력이 가능한 휴대용 단말기의 경우, 단말기 창에 문자로 메시지가 출력될 수 있다. 또한 메시지출력이 어려운 전자기기 등은 소리로 충전허용 여부를 사용자에게 통지할 수 있고, 메시지출력이나 소리통지 여부는 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 이때 사용자에 의해 충전허용이 거부되면, 대기단계(S70)로 돌아가서 일정시간 대기 후 반복 수행한다. 이때 대기시간은 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다.
충전단계(S50)에서는 사용자에 의해 충전을 허락받으면 충전을 시작하는데, 이때 차량 내부에 위치한 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303) 등은 충전용 배터리(440)에 충전을 시작한다.
완료단계(S60)에서는 차량의 시동이 스타트온(start on)된 이후 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 전력이 방출되어 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)의 충전용배터리(440)에 충전이 완료된다. 이때 충전이 완료되면, 대기단계(S70)로 돌아가서 일정시간 대기 후 선행단계를 반복 수행한다. 이때 대기시간은 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 이때 완료가 되지 않으면, 이전 단계로 돌아가 충전을 계속할 수 있다.
이하 도 13을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 단계별로 상세히 설명한다. 시작단계(S100)에서는 차량의 시동이 스타트온(start on)되면, 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 전력이 방출된다. 이때 무선전원 송신장치(20)의 전원은 사용자에 의해 미리 온오프(on-off)로 설정되거나 그 값이 정해질 수 있다. 충전단계(S200)에서는 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 차량의 시동이 스타트온(start on)되면서 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치(20)로부터 방출되는 전력을 수신하여 자동충전을 시작하는데, 이때 차량 내부에 위치한 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303) 등은 충전용 배터리(440)에 자동으로 즉시 충전을 시작한다. 완료단계(S300)에서는 차량의 시동이 스타트온(start on)된 이후 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 전력이 방출되어 휴대용 단말기 본체(300, 301)나 단말기케이스(400) 및 전자기기(302, 303)의 충전용배터리(440)에 충전이 완료된다. 이때 충전이 완료되면, 대기단계(S400)로 돌아가서 일정시간 대기 후 선행단계를 반복 수행한다. 이때 대기시간은 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 이때 완료가 되지 않으면, 이전 단계로 돌아가 충전을 계속할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 송신장치(20)의 송신 코일(21)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면 무선 전력 전송 장치의 송신장치(20)의 내부 또는 위에 송신 코일(21)을 설치하여 송신장치(20) 위쪽으로 전력의 전송이 일어나도록 할 수 있다. 또한, 송신장치(20)에 구비된 배치면(202)에 다수의 전자기기들(301, 302, 303)을 올려놓을 경우, 다수의 전자기기들(301, 302, 303)에 동시에 에너지 전달이 가능하므로 범용의 무선 전력 송신기로 활용될 수 있다. 또한 송신장치(20)에 구비된 배치면(202)을 통해 차량 내부에 위치한 비접촉된 휴대용 단말기(300) 및 다수의 전자기기들(302, 303)에도 동시에 에너지 전달이 가능하므로 범용의 무선 전력 송신기로 활용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 형태를 나타낸다. 도 11을 참조하면 송신장치(20)는 배치면(202)에 무선전력전송부(50)를 구비할 수 있다. 사용자는 배치면(202)에 다수의 전자기기를 올려놓음으로써 충전할 수도 있고, 무선전력전송부(50)를 통해 차량 내부의 다수의 휴대용단말기 및 다수의 전자기기들에 동시에 충전할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 형태를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 배치면(202)에는 다수의 송신코일(21)이 배치될 수 있다. 사용자는 다수의 송신코일(21)을 통해 차량 내부의 다수의 전자기기들에 대해 동시에 충전할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 휴대용 전자기기는 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템뿐만이 아니라 태블릿pc 등을 포함할 수 있으며, 특정 전자기기에 한정된 것이 아님은 물론이다. 또한 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 또한 이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 무선전력전송장치
10: 전원부
20: 송신장치
21: 송신코일
22: 송신용 공진코일
30: 수신장치
31: 수신용 공진코일
32: 수신코일
40: 부하
202: 배치면
300: 비접촉된 휴대용 단말기
301: 접촉된 휴대용 단말기
302: 전자수첩
303: 차량용 스마트키 시스템
50: 무선전력전송부
510: 고주파발생부
520: 고주파증폭부
412: 루프안테나
414: 공진코일
400: 단말기케이스
410: 무선전력수신부
430: 정류회로
440: 충전용 배터리
450: 방출전력감지장치
10: 전원부
20: 송신장치
21: 송신코일
22: 송신용 공진코일
30: 수신장치
31: 수신용 공진코일
32: 수신코일
40: 부하
202: 배치면
300: 비접촉된 휴대용 단말기
301: 접촉된 휴대용 단말기
302: 전자수첩
303: 차량용 스마트키 시스템
50: 무선전력전송부
510: 고주파발생부
520: 고주파증폭부
412: 루프안테나
414: 공진코일
400: 단말기케이스
410: 무선전력수신부
430: 정류회로
440: 충전용 배터리
450: 방출전력감지장치
Claims (10)
- 차량 내부에서 무선방출전력 감지장치(450)을 구비한 휴대용 단말기 본체(300, 301), 단말기케이스(400), 전자기기(302, 303)와, 무선전력전송부(50)를 구비한 배치면(202)을 특징으로 하는 송신장치(20) 간의 전자기 감응공명(Electromagnetic coupled resonance)기술을 이용한 무선전력송수신 시스템
- 차량 내부에서 무선방출전력 감지장치(450)을 구비한 휴대용 단말기 본체(300, 301), 단말기케이스(400), 전자기기(302, 303)와, 무선전력전송부(50)를 구비한 배치면(202)을 특징으로 하는 송신장치(20) 간의 자기공진을 이용한 차량 내부의 무선전력송수신 시스템
- 스마트폰(300, 301)의 본체의 일측에 송신장치(20)를 통해 전력을 공급받는 무선전원 수신장치(30)와, 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지하는 전력방출감지장치(450)와, 수신된 전원에 대해 임피던스를 매칭시켜 최대 값을 갖는 전원을 추출하여 공급받는 AC/DC 정류회로(430)와, AC/DC 정류회로(430)로부터 수신된 전원이 직류(DC) 전원으로 정류된 전원으로 전달되어 충전되는 충전용 배터리(440)와, 무선전력전송부(50)를 구비한 배치면(202)을 특징으로 하는 송신장치(20) 간의 전자기 감응공명(Electromagnetic coupled resonance)기술을 이용한 차량 내부의 무선전력송수신 시스템
- 휴대용 단말기케이스(400)의 일측에 송신장치(20)를 통해 전력을 공급받는 무선전원 수신장치(30)와, 차량 내부의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치된 무선전원 송신장치(20)에서 방출되는 전력을 감지하는 전력방출감지장치(450)와, 수신된 전원에 대해 임피던스를 매칭시켜 최대 값을 갖는 전원을 추출하여 공급받는 AC/DC 정류회로(430)와, AC/DC 정류회로(430)로부터 수신된 전원이 직류(DC) 전원으로 정류된 전원으로 전달되어 충전되는 충전용 배터리(440)와, 무선전력전송부(50)를 구비한 배치면(202)을 특징으로 하는 송신장치(20) 간의 전자기 감응공명(Electromagnetic coupled resonance)기술을 이용한 차량 내부의 무선전력송수신 시스템
- 무선방출전력 감지장치(450)을 구비한 휴대용 단말기 본체(300, 301), 단말기케이스(400), 전자기기(302, 303)와, 고주파발생부(510)와, 고주파증폭부(520)와, 무선전력전송부(50)를 구비한 배치면(202)을 특징으로 하는 송신장치(20) 간의 전자기 감응공명(Electromagnetic coupled resonance)기술을 이용한 차량 내부의 무선전력송수신 시스템
- 차량 내부에서 무선전원 수신장치(20)을 구비한 휴대용 단말기 본체(300, 301), 단말기케이스(400), 전자기기(302, 303)와, 무선전력전송부(50)를 구비한 배치면(202)을 특징으로 하는 송신장치(20) 간의 전자기 감응공명(Electromagnetic coupled resonance)기술을 이용한 무선전력송수신 시스템에 있어서, 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기 무선 충전 방법은, 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치에서 전력이 방출되는 단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 차량 내부의 무선전원 송신장치에서 방출되는 전력을 감지하는 단계; 상기 무선전원 송신장치에서 방출되는 전력이 감지되면 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 충전필요 여부를 확인하는 확인단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 충전이 필요할 시 충전허용을 전자기기 소유자에게 묻는 충전 허용단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 사용자에 의해 충전을 허락받으면 충전을 시작하는 충전단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기에 대한 충전이 완료되는 완료단계; 및 대기단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기감응공명기술을 이용한 무선전력충전시스템 및 방법
- 전원을 공급받아 자기장을 발생시키는 송신 코일, 상기 송신 코일에 의해 생성된 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 공진 코일, 및 무선전력이 방출되는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기들이 접촉할 수 있는 배치면(202)을 포함한 차량 내부에 장착되는 무선 전원 송신 장치(20)와, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 내장되어 방출되는 상기 전원을 수신하여 충전용 또는 사용 전원으로 상기 차량 내부에 위치한 전자기기 등의 스마트폰의 내부로 공급하는 무선전원 수신장치(30)에 있어서, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 무선으로 방출하는 무선전원 송신장치(20)는 입력되는 상기 전원에 대응하여 고주파수로 발생시키는 고주파 발생부(510)와, 상기 전원에 대응하여 발생된 상기 고주파수를 증폭시키는 고주파 증폭부(520), 및 증폭된 상기 고주파수의 전원을 전자기감응공명에 의해 무선으로 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 방출하는 무선전력전송부(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내부의 무선전력송수신시스템
- 전원을 공급받아 자기장을 발생시키는 송신 코일, 상기 송신 코일에 의해 생성된 자기장을 이용하여 자기 공진에 의해 무선으로 전력을 송신하는 공진 코일, 및 무선전력이 방출되는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기들이 접촉할 수 있는 배치면(202)을 포함한 차량 내부에 장착되는 무선 전원 송신 장치(20)와, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 내장되어 방출되는 상기 전원을 수신하여 충전용 또는 사용 전원으로 상기 차량 내부에 위치한 전자기기 등의 스마트폰의 내부로 공급하는 무선전원 수신장치(30)와, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 무선으로 방출하는 무선전원 송신장치(20)는 입력되는 상기 전원에 대응하여 고주파수로 발생시키는 고주파 발생부(510)와, 상기 전원에 대응하여 발생된 상기 고주파수를 증폭시키는 고주파 증폭부(520)와, 증폭된 상기 고주파수의 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 무선으로 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 방출하는 무선전력전송부(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내부의 무선전력충전시스템에 있어서, 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기 무선 충전 방법은 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치에서 전력이 방출되는 단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 차량내부의 무선전원 송신장치에서 방출되는 전력을 감지하는 단계; 상기 무선전원 송신장치에서 방출되는 전력이 감지되면 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 충전필요 여부를 확인하는 확인단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 충전이 필요할 시 충전허용을 전자기기 소유자에게 묻는 충전 허용단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기가 사용자에 의해 충전을 허락받으면 충전을 시작하는 충전단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용 단말기 등의 전자기기에 대한 충전이 완료되는 완료단계 ; 및 대기단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내부의 무선전력충전시스템 및 방법
- 전원을 공급받아 자기장을 발생시키는 송신 코일, 상기 송신 코일에 의해 생성된 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 공진 코일, 및 무선전력이 방출되는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기들이 접촉할 수 있는 배치면(202)을 포함한 차량 내부에 장착되는 무선 전원 송신 장치(20)와, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 내장되어 방출되는 상기 전원을 수신하여 충전용 또는 사용 전원으로 상기 차량 내부에 위치한 전자기기 등의 스마트폰의 내부로 공급하는 무선전원 수신장치(30)와, 상기 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되어 입력되는 전원을 고주파수로 증폭하여 무선으로 방출하는 무선전원 송신장치(20)는 입력되는 상기 전원에 대응하여 고주파수로 발생시키는 고주파 발생부(510)와, 상기 전원에 대응하여 발생된 상기 고주파수를 증폭시키는 고주파 증폭부(520)와, 증폭된 상기 고주파수의 전원을 상기 전자기감응공명에 의해 무선으로 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 방출하는 무선전력전송부(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내부의 무선전력충전시스템에 있어서, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등의 무선 충전 방법은, 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치에서 전력이 방출되는 단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 차량의 시동이 스타트온(start on)되면서 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치로부터 방출되는 전력을 수신하여 자동충전을 시작하는 충전단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 대한 충전이 완료되는 완료단계; 및 대기단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내부의 무선전력충전시스템 및 방법
- 전원을 공급받아 자기장을 발생시키는 송신 코일, 상기 송신 코일에 의해 생성된 자기장을 이용하여 자기 공진에 의해 무선으로 전력을 송신하는 공진 코일, 및 무선전력이 방출되는 스마트폰과 같은 휴대용 단말기들이 접촉하여 전력을 공급받는 배치면(202) 및 무선전력전송부(50)을 포함한 차량 내부에 장착되는 무선 전원 송신 장치(20)와, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 단말기 혹은 단말기 케이스에 내장되어 방출되는 상기 전원을 수신하여 충전용 또는 사용 전원으로 상기 차량 내부에 위치한 전자기기 등의 스마트폰의 내부로 공급하는 무선전원 수신장치(30);를 구비한 것을 특징으로 하는 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등에 대한 차량 내부에서의 무선 충전 방법 및 무선전력송수신시
스템에 있어서, 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기 등의 무선 충전 방법은, 차량의 시동이 스타트온(start on)되면 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치에서 전력이 방출되는 단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기가 차량의 시동이 스타트온(start on)되면서 차량 내부의 임의의 일측에 장착 혹은 내장 및 설치되는 무선전원 송신장치로부터 방출되는 전력을 수신하여 자동충전을 시작하는 충전단계; 상기 차량 내부에 위치한 스마트폰과 같은 휴대용단말기 및 휴대용 단말기케이스, 전자수첩 및 차량용 스마트키 시스템과 같은 다른 휴대용 전자기기에 대한 충전이 완료되는 완료단계; 및 대기단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내부의 무선전력충전시스템 및 방법
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|---|---|---|---|---|
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2013
- 2013-04-19 KR KR1020130043864A patent/KR20130047722A/ko not_active Application Discontinuation
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