KR20150063821A - 차량의 무선 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 무선 충전 장치에 관한 것으로서, 운전석에 탑승한 운전자 및 상기 운전석 외의 좌석에 탑승한 탑승객들이 휴대하는 스마트폰의 배터리 전원을 차량의 주행 중 발생되는 진동 및 흔들림 등에 의하여 거의 영향을 받지 않으면서도 안정적으로 충전이 가능하도록 구비되어 제품의 신뢰성을 향상시키는 이점을 제공한다.

Description

차량의 무선 충전 장치{Apparatus for wireless charging battery in vehicles}

본 발명은 차량의 무선 충전 장치에 관한 것으로서, 사용자, 특히 운전자의 사용 편의성이 향상되고, 스마트폰에 대한 무선 충전시 오작동이 방지되는 스마트폰 무선충전부가 구비된 차량의 무선 충전 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 내부(이하, "차실"이라 함) 중 운전석과 조수석 사이에는 휴대물품 등을 수납할 수 있는 콘솔 박스가 구비되고, 상기 콘솔 박스의 내부에는 상기 휴대 물품 등이 수납되는 수납공간과 더불어, USB 커넥터 및 사용자의 휴대폰 등을 충전시키기 위한 충전 리드선 커넥터 등이 구비된다.

상기 콘솔 박스를 포함하도록 구비된 콘솔 바디 중 상기 콘솔 박스의 전방부에는 운전자가 차량의 주행속도를 조작하기 위한 변속레버가 설치되는 변속레버 설치구가 구비되고, 상기 변속레버 설치구와 상기 콘솔 박스 사이에 해당하는 상기 콘솔 바디에는 사용자의 음료 용기를 수납하기 위한 적어도 하나의 컵 홀더가 구비된다.

그러나, 종래 기술에 따른 차량의 무선 충전 장치는 사용자가 휴대하는 휴대폰의 배터리를 충전시키기 위하여 반드시 상기 콘솔 박스의 커버를 회동시키는 동작으로 상기 수납공간을 개방하여 충전 리드선을 상기 충전 리드선 커넥터에 연결시킨 후 충전시켜야 하는 불편이 있고, 별도의 상기 휴대폰을 거치시키기 위한 휴대폰 전용 수납공간이 없이 상기 콘솔 박스의 수납공간에 방치해야 하는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 스마트폰이 광범위한 소비자층을 확보하면서 스마트폰의 사용도가 증가함에 따라 상기 스마트폰에 전자기 유도 방식(Electro magnetic induction)에 의한 스마트폰 배터리 충전이 가능하도록 대응 코일부를 구비하여 차량의 전원을 이용하여 스마트폰을 무선 충전할 수 있는 기술이 상용화되고 있는 추세이다.

도 1은 전자기 유도 방식을 이용한 무접점 충전 시스템(1)의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차실 중 어느 한 곳에 무선충전 유닛을 구비하고, 스마트폰과 같은 휴대용 단말기(20)에 상기 무선충전 유닛과 반응하는 대응 코일부(21)를 구비하여, 상기 무선충전 유닛에 의하여 상기 스마트폰의 배터리를 충전시킨다.

보다 상세하게는, 상기 무선충전 유닛은, 유닛 바디(10)와, 상기 유닛 바디(10)에 설치된 인쇄회로기판(30)과, 상기 인쇄회로기판(30)과 연결된 전원생성 코일부(11)를 포함하고, 상기 단말기(20)에는 상기 전원생성 코일부(11)와 반응하는 대응 코일부(21)가 구비된다.

상기 전원생성 코일부(11)에 전원을 인가하면, 상기 전원생성 코일부(11)와 상기 대응 코일부(21) 사이에 자기장이 유도되고, 이와 같이 유도된 자기장을 통해 상기 스마트폰의 배터리가 충전되게 된다.

그러나, 전자기 유도 방식을 이용한 무접점 충전 시스템(1)을 차량에 그대로 적용할 경우, 상기 무선충전 유닛을 수평으로 설치한 후, 상기 무선충전 유닛에 수평되게 상기 단말기를 수평으로 올려놓아 상기 전원생성 코일부(11) 및 상기 대응 코일부(21)가 일정 범위 내에 놓여야 충전이 가능하지만, 차량의 주행 중 진동 및 흔들림에 의하여 무선 충전이 어려운 문제점이 있다. 이와 같은 문제점은 특히 진동 및 흔들림이 많은 차실에서는 상기 주행 중 차량의 진동 및 흔들림에 대비한 충전 장치가 없어 문제이다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탑승객의 스마트폰 배터리 전원을 충전함에 있어서 차량의 주행 중 발생되는 진동 및 흔들림에 거의 영향을 받지 않고서도 충전을 용이하게 할 수 있는 차량의 스마트폰 무선 충전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예는, 운전석 및 조수석 사이에 위치된 콘솔 박스의 전방에 배치되고, 변속 레버가 설치되는 설치구 및 복수개의 스위치 어셈블리가 설치되는 콘솔 바디와, 상기 콘솔 바디에 음료 용기의 수납을 위하여 직하방으로 함몰 형성된 컵 홀더부와, 상기 컵 홀더부의 하부면에 구비되고, 사용자의 스마트폰에 구비된 수신부와 연동되어 상기 스마트폰의 배터리를 자기 공명 방식을 통해 무선 충전시키는 무선 충전부를 포함한다.

여기서, 상기 무선 충전부는, 상기 차량의 전원부로부터 인가된 직류 전원을 교류 전원으로 전환시키는 직류-교류 전환부와, 상기 직류-교류 전환부에 의하여 전환된 교류 전원을 이용하여 전자기 유도 방식으로 전자기장을 형성하는 전원 송신 코일과, 상기 전원 송신 코일에 의하여 형성된 전자기장에 대해 전자기 공진을 일으키는 송신부 공진 코일을 포함할 수 있다.

또한, 상기 수신부는, 상기 스마트폰에 설치되고, 상기 무선 충전부에서 공진된 전자기장에 대해 유도 기전력을 생성하여 상기 스마트폰의 배터리를 충전시키도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 수신부는, 상기 송신부 공진 코일에서 공진된 전자기장에 대해 상기 유도 기전력을 생성하는 수신부 공진 코일과, 상기 수신부 공진 코일에 의해 생성된 유도 기전력을 수신받는 전원 수신 코일과, 상기 전원 수신 코일에 수신된 교류 전원을 직류 전원으로 전환시키는 교류-직류 전환부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 컵 홀더부의 하부면에는 상기 컵 홀더부의 하부면에 대하여 접촉 배치된 상기 무선 충전부의 일부를 제외하고 상기 무선 충전부를 감싸는 차폐부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 송신부 공진 코일에 의하여 전자기장의 범위가 조절될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 단말기의 전자기 유도 방식에 의한 단말기의 충전 원리를 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치가 설치되는 콘솔 바디를 나타낸 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예를 나타낸 저면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 작동 과정을 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치가 설치되는 콘솔 바디를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예를 나타낸 저면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 작동 과정을 나타낸 블록도이다.

본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예는, 도 2에 참조된 바와 같이, 운전석 및 조수석 사이에 위치된 콘솔 박스(미도시)의 전방에 배치되고, 변속 레버가 설치되는 설치구(120) 및 복수개의 스위치 어셈블리(미도시)가 설치되는 바디부(110)와, 상기 바디부(110)에 음료 용기의 수납을 위하여 직하방으로 함몰 형성된 컵 홀더부(140)와, 상기 컵 홀더부(140)의 하부면에 구비되고, 사용자가 스마트폰(300)을 상기 컵 홀더부(140)에 거치시키면 상기 사용자의 스마트폰(130)을 무선 충전시키는 무선 충전부(200)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에서는, 상기 무선 충전부(200)의 위치를 한정하기 위하여, 상기 콘솔 바디(100)라는 구성을 추가로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 경우에 따라서는 상기 콘솔 바디(100)가 구비되어 있지 않은 자동차가 있을 수 있는 바, 운전석에 착석한 운전자 및 조수석에 착석한 승객, 그리고 뒷자석 중 어느 일측에 착석한 승객 모두가 접근이 용이하면서도 사용 편의성이 향상될 수 있는 상기 운전석과 상기 조수석 사이에 배치되는 것을 그 골자로 한다.

특히, 본 발명에서와 같이 상기 콘솔 바디(100)가 구비된 경우, 상기 바디부(110)의 후방측으로는 상기 콘솔 박스가 박스 커버(미도시)에 의하여 개폐되고, 상기 콘솔 박스 내부에 사용자 등의 휴대 물품이 수납되는 수납공간(미도시)이 형성됨과 아울러, 상기 수납공간에는 사용자의 스마트폰(300) 등 휴대용 전자기기인 단말기의 배터리를 유선으로 충전시킬 수 있는 충전 리드선 커넥터 및 USB 커넥터(미도시)가 구비되고, 전방측으로는 상기 변속레버가 설치되는 설치구(120) 및 상기 컵 홀더부(140)가 구비된다.

본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치(200)의 바람직한 일실시예에서는, 상기 콘솔 박스의 상기 박스 커버를 이용하여 상기 수납공간을 개방하여야만 이용할 수 있는 사용자의 불편함을 해소하기 위하여, 상대적으로 보다 접근성이 용이한 상기 바디부(110)에 형성된 상기 컵 홀더부(140)의 하부면에 상기 무선 충전부(200)가 구비된다.

상기 무선 충전부(200)는, 사용자의 상기 스마트폰에 구비된 수신부(300)와 연동되어 상기 스마트폰의 배터리를 자기 공명 방식을 통해 무선 충전시키도록 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 무선 충전부(200)는, 상기 차량의 전원부로부터 인가된 직류 전원을 교류 전원으로 전환시키는 직류-교류 전환부(210)와, 상기 직류-교류 전환부(210)에 의하여 전환된 교류 전원을 이용하여 전자기 유도 방식으로 전자기장을 형성하는 전원 송신 코일(220)과, 상기 전원 송신 코일(220)에 의하여 형성된 전자기장에 대해 전자기 공진을 일으키는 송신부 공진 코일(230)을 포함할 수 있다.

상기 송신부 공진 코일(230)은 후술하는 수신부(300)의 수신부 공진 코일(310)과 전자기장 공명 방식에 의한 에너지 전달을 하기 위한 구성이다. 여기서, 에너지는 자기장에 의하여 형성된 전력으로써 상기 수신부 공진 코일(310)에 의하여 생성된 새로운 전자기장으로부터 후술하는 전원 수신 코일(320)에 의하여 상기 수신부(300)에 전류가 생성되게 되는 것이다.

상기 수신부(300)는, 상기 스마트폰에 설치되고, 상기 무선 충전부(200)에서 공진된 전자기장에 대해 유도 기전력을 생성하여 상기 스마트폰의 배터리를 충전시킨다.

보다 상세하게는, 상기 수신부(300)는, 상기 송신부 공진 코일(230)에서 공진된 전자기장에 대해 상기 유도 기전력을 생성하는 수신부 공진 코일(310)과, 상기 수신부 공진 코일(310)에 의해 생성된 유도 기전력을 수신받는 전원 수신 코일(320)과, 상기 전원 수신 코일(320)에 수신된 교류 전원을 직류 전원으로 전환시키는 교류-직류 전환부(330)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 수신부(300)는 DC/DC 컨버터(340) 및 Regulator(레귤레이터)(350)을 더 포함하여, 실질적으로 스마트폰(또는 전자기기)(360)에 필요한 안정된 전원으로 변경하여 공급하도록 할 수 있다.

상기 송신부 공진 코일(230)과 상기 수신부 공진 코일(310) 사이는 공진된 전자기장이 형성되는 공간으로써 케이블과 같은 와이어 라인이 없이도 상기 스마트폰의 배터리를 충전할 수 있는 무선 충전 원리를 제공한다.

자기 공명 방식에 의하여 형성된 전자기장의 범위는, 상기 송신부 공진 코일(230)의 Ｑ를 조절함으로써 조정할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 송신부 공진 코일(230)의 Ｑ를 조절함으로써 조정되는 상기 전자기장의 범위는 대략 10cm 이내로 제한됨으로써, 상기 컵 홀더부(140) 내에서만 상기 스마트폰의 배터리 충전이 가능하게 할 수 있다.

한편, 상기 송신부 공진 코일(230)과 상기 수신부 공진 코일(310) 사이에 형성된 공진 주파수에 의한 전자기장은 오로지 스마트폰의 배터리의 전원을 충전하는 데에 사용되어야 하고, 주위의 다른 전장 부품에 영향을 주어서는 아니된다.

따라서, 상기 컵 홀더부(140)의 하부면에는 상기 컵 홀더부(140)의 하부면에 대하여 접촉 배치된 상기 무선 충전부(200)의 일부를 제외하고 상기 무선 충전부(200)를 감싸는 차폐부(240)가 구비될 수 있다.

상기 차폐부(240)는, 공진 주파수에 의하여 형성되는 전자기장이 상기 컵 홀더부(140)에 안착된 스마트폰을 향하여서만 형성되도록 하는 역할을 한다. 이와 같이, 상기 차폐부(240)는, 상기 전자기장의 형성 방향을 상기 스마트폰을 향하여 집중 형성되도록 함으로써 상기 스마트폰의 배터리 충전 효율을 상승시킨다.

본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예는, 운전자 외에 조수석 탑승객 및 승용 차량의 뒷좌석에 착석한 탑승객 모두가 접근이 용이한 콘솔 바디(100)의 바디부(110)에 위치된 컵 홀더부(140)에 간단하게 자신의 스마트폰을 삽입 거치시키는 행위만으로도 상기 스마트폰의 배터리를 무선 충전시킬 수 있도록 한다.

여기서, 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치를 이용하여 충전되는 스마트폰은 상술한 바와 같이 수신부(300)를 필수적으로 구비되어야 함은 당연하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치의 바람직한 일실시예의 배터리 충전 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량에 탑승한 탑승객 중 상기 수신부(300)가 구비된 스마트폰의 배터리 충전을 원하는 탑승객이 자신의 스마트폰을 상기 컵 홀더부(140)에 삽입 거치시킨다.

여기서, 상기 컵 홀더부(140)에 구비된 상기 무선 충전부(200)는 전자기 유도 방식에 의한 무선 충전의 경우와는 달리 상기 스마트폰을 완전하게 고정시킬 필요가 없다.

이와 같이, 상기 컵 홀더부(140)에 상기 스마트폰이 거치되면 상기 무선 충전부(200)와 상기 스마트폰의 수신부(300) 사이에서 형성된 공진 주파수에 의한 전자기장의 에너지를 전원으로 상기 배터리에 충전시키는 것이다.

이때, 상기 컵 홀더부(140)의 하부면에 구비된 상기 차폐부(240)에 의하여 상기 스마트폰 외의 다른 부분에 구비된 전장 부품에 영향을 주지 않고, 오로지 상기 스마트폰의 배터리 충전에만 전자기장이 집중되므로 충전 효율이 향상되는 이점이 있다.

아울러, 상기 컵 홀더부(140) 및 상기 컵 홀더부(140)에 형성된 전자기장의 크기에 따라 상이하지만, 운전석에 탑승한 운전자 및 상기 운전석 외에 탑승한 탑승객 전원의 스마트폰에 상기 수신부(300)가 구비된 경우라면 동시에 여러 개의 스마트폰 무선 충전이 가능한 이점이 있다.

이상, 본 발명에 따른 차량의 스마트폰 무선 충전 장치(200)의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.

100: 콘솔 바디 110: 바디부
120: 설치구 140: 컵 홀더부
200: 무선 충전부 210: 직류-교류 전환부
220: 전원 송신 코일 230: 송신부 공진 코일
300: 수신부 310: 수신부 공진 코일
320: 전원 수신 코일 330:" 교류-직류 전환부
340: DC/DC 컨버터 350: Regulator
360: 전자 기기

Claims (6)

1. 운전석 및 조수석 사이에 위치된 콘솔 박스의 전방에 배치되고, 변속 레버가 설치되는 설치구 및 복수개의 스위치 어셈블리가 설치되는 콘솔 바디와;
   상기 콘솔 바디에 음료 용기의 수납을 위하여 직하방으로 함몰 형성된 컵 홀더부와;
   상기 컵 홀더부의 하부면에 구비되고, 사용자의 스마트폰에 구비된 수신부와 연동되어 상기 스마트폰의 배터리를 자기 공명 방식을 통해 무선 충전시키는 무선 충전부를 포함하는 차량의 스마트폰 무선 충전 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 무선 충전부는,
   상기 차량의 전원부로부터 인가된 직류 전원을 교류 전원으로 전환시키는 직류-교류 전환부와;
   상기 직류-교류 전환부에 의하여 전환된 교류 전원을 이용하여 전자기 유도 방식으로 전자기장을 형성하는 전원 송신 코일과;
   상기 전원 송신 코일에 의하여 형성된 전자기장에 대해 전자기 공진을 일으키는 송신부 공진 코일을 포함하는 차량의 스마트폰 무선 충전 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 수신부는,
   상기 스마트폰에 설치되고, 상기 무선 충전부에서 공진된 전자기장에 대해 유도 기전력을 생성하여 상기 스마트폰의 배터리를 충전시키는 차량의 스마트폰 무선 충전 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 수신부는,
   상기 송신부 공진 코일에서 공진된 전자기장에 대해 상기 유도 기전력을 생성하는 수신부 공진 코일과;
   상기 수신부 공진 코일에 의해 생성된 유도 기전력을 수신받는 전원 수신 코일과;
   상기 전원 수신 코일에 수신된 교류 전원을 직류 전원으로 전환시키는 교류-직류 전환부를 포함하는 차량의 스마트폰 무선 충전 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 컵 홀더부의 하부면에는 상기 컵 홀더부의 하부면에 대하여 접촉 배치된 상기 무선 충전부의 일부를 제외하고 상기 무선 충전부를 감싸는 차폐부가 구비된 차량의 스마트폰 무선 충전 장치.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 송신부 공진 코일에 의하여 전자기장의 범위가 조절되는 차량의 스마트폰 무선 충전 장치.

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