KR20150143146A - 무선 전력충전장치 및 방법 - Google Patents

무선 전력충전장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력충전장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력충전장치는 외부의 전력 무선송신장치의 전력신호를 자기 공진방식으로 유도하는 공진안테나, 전력 무선송신장치와 NFC 동기화를 수행하는 NFC모듈, NFC 동기화 수행시, 전력신호를 교류전류에서 직류전류로 변환하는 무선 전력충전모듈을 포함한다.

Description

무선 전력충전장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS OF WIRELESS POWER CHARGING}
본 발명은 무선 전력충전장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력전송기술은 전기에너지를 전자파 방사로 변환하여 무선으로 전력을 전송하는 방식이다. 무선 전력전송방식은 전자기유도 방식, 자기공명 방식, 라디오 주파수(RF: Radio Frequency) 방식의 세가지로 분류할 수 있다,
전자기유도 방식은 코일간 유도현상에 의하여 자기장을 발생하여 수신부 코일에서 전기가 유도되는 방식이고, 자기공명 방식은 송수신 안테나 간의 공명 현상에 의하여 수신코일에 전류가 유도되는 방식이다. 라디오주파수 방식은 라디오 주파수를 사용하여 전자파를 안테나를 통해 직접 송수신하는 방식으로 위성과 지구간 전력전송 등이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2012-0026789(2012.03.20)은 무선 충전 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템을 개시한다. 종래 발명인 무선 충전 장치는 송신 공진기, 자기장을 발생시켜, 송신 공진기를 공진시키는 송신 회로부 및 충전될 외부 기기와 무선 충전 장치 사이의 거리에 기초하여, 송신 공진기의 공진 여부를 제어하는 센싱 공진기를 포함한다. 이에 따라 부하 장치의 존재를 인식하여 송신기의 동작을 제어할 수 있기 때문에, 송신기에서 불필요하게 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
종래의 무선 전력충전장치 중에 전자기유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이의 거리가 수cm 이상 떨어지거나, 송수신 코일간의 중심이 정확하게 일치하지 않으면 전력전송 효율이 떨어지어 충전이 되지 않는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 자기 공진방식으로 외부로부터 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력충전장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력충전장치는 외부의 전력 무선송신장치의 전력신호를 자기 공진방식으로 유도하는 공진안테나, 상기 전력 무선송신장치와 NFC 동기화를 수행하는 NFC모듈, 상기 NFC 동기화 수행시, 상기 전력신호를 교류전류에서 직류전류로 변환하는 무선 전력충전모듈을 포함한다.
상기 무선 전력충전장치는 외부로부터 수신되는 상기 전력신호의 전송세기를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 공진안테나는 공진안테나 본체와 공진안테나 제1접점부, 공진안테나 제2접점부를 포함한다.
상기 공진안테나는 다이폴 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 공진안테나는 모든 방향으로부터 상기 전력신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력충전방법은 표시부, 공진안테나, NFC모듈, 무선 전력충전모듈을 포함하는 무선 전력충전장치에 있어서, NFC 동기화 명령신호를 수신하였으면, 상기 NFC모듈에서 NFC 동기화를 수행하는 단계, 외부에서 수신한 전력신호를 상기 공진안테나를 통해서 자기 공진방식으로 유도하는 단계, 상기 무선 전력충전모듈에서 상기 전력신호를 아날로그 신호인 교류전류에서 직류전류로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력충전방법은 상기 표시부에 적어도 하나 이상의 전력 무선송신장치로부터 수신한 상기 전력신호의 전송세기를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력충전장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 자기 공진방식으로 공명 주파수가 자기 결합에 의하여 전송되어, 무선 전력전송 가능 거리가 수십 cm에도 가능하고, 전력 전송률도 매우 높은 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 다양한 형태의 웨어러블 기기에 적용 가능하여, 웨어러블 기기에 효과적으로 무선으로 전력을 충전할 수 있다.
셋째, 본 발명은 공진안테나를 다이폴 형태로 구성하여 모든 방향으로부터 전력신호를 수신할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 NFC 동기화를 통해 무선 전력충전을 수행하여, 타 전자기기의 영향을 배제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전장치가 웨어러블 기기에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에서 무선 전력충전장치는 외부로부터 전력을 무선으로 충전하는 장치를 의미한다. 예를 들어, 무선 전력충전장치는 스마트 워치, 휴대용 운동량 측정기기, 게임용 스마트 밴드와 같은 웨어러블 기기에 포함될 수 있는데, 이러한 워어러블 기기가 별도의 배터리 교체 또는 전원선 연결없이 무선 전력충전장치를 이용하여 무선으로 전력신호(또는 전력)를 외부로부터 공급받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전장치(10)는 공진안테나(110), NFC(Near Field Communication)모듈(120), 무선 전력충전모듈(130), 표시부(140)를 포함한다. 무선 전력충전장치(10)는 배터리(150)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라서 배터리(150)가 무선 전력충전모듈(130) 내부에 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 무선 전력충전장치(10)는 외부포트(예를 들어, USB단자)를 더 포함하여, 외부포트를 통해서 유선으로 전력을 충전할 수도 있다.
공진안테나(110)는 외부의 전력 무선송신장치(20)가 전력신호를 송신하면, 전력신호를 자기 공진방식으로 유도한다. 이러한 기능은 종래의 무선 전력충전 방식은 자기유도 방식이라 무선 전력전송 가능 거리가 약 1cm 이하이고, 전력 전송률도 매우 낮은 것은 개선하였다. 즉, 본 발명의 자기 공진방식은 공명 주파수가 자기 결합에 의하여 전송되어, 무선 전력전송 가능 거리가 수십cm에도 가능하고, 전력 전송률도 매우 높은 효과가 있다.
이때, 외부 전력 무선송신장치(20)와 무선 전력충전장치(10)의 공진 주파수가 일치할수록 무선 전력충전장치(10)는 전력신호를 더 잘 수신하여, 무선 전력충전장치(10)에 무선 전력충전이 잘 될 수 있다.
NFC모듈(120)은 무선 전력충전장치(10)가 무선 전력충전영역에 위치하였을 때, 전력 무선송신장치(20)와 NFC 동기화를 수행하는 부분이다.
무선 전력충전장치(10)가 무선 전력충전영역에 위치하여, 적어도 하나 이상의 전력 무선송신장치(20)를 표시부(140)를 통해서 표시할 때, 사용자가 특정 전력 무선송신장치(20)를 선택하면, 선택신호에 따라 NFC모듈(120)은 선택된 전력 무선송신장치(20)와 NFC 동기화를 수행한다.
무선 전력충전모듈(130)은 공진안테나(110)를 통해서 자기 공진방식으로 유도된 전력신호를 아날로그 신호인 교류전류(AC)에서 직류전류(DC)로 변환한다.
무선 전력충전모듈(130)은 직류전류로 배터리(150)를 충전하고, 무선 전력충전장치(10)는 배터리(150)에 충전된 전력을 사용한다.
표시부(140)는 외부로부터 수신되는 전력신호의 전송세기를 표시한다. 사용자는 표시부(140)를 통해서 NFC모듈(120)은 통해 임의의 외부 전력 무선송신장치(20)와 NFC 동기화를 선택할 수 있다.
배터리(150) 직류전류를 충전하는 부분으로, 충전된 전력을 무선 전력충전장치(10)가 포함된 웨어러블 기기(1) 등에 공급한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전장치가 웨어러블 기기에 적용된 예를 도시한 것이다. 여기서, 공진안테나(110)의 형태와 동작 등을 예를 들어 상세히 설명한다.
웨어버블 기기는 외부에 표시부(140)가 배치되고 공진안테나(110)가 다이폴 형태로 구성된다. 이러한 공진안테나(110)는 모든 방향으로부터 전력신호를 수신할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공진안테나(110)는 공진안테나 본체(111)와 공진안테나 제1접점부(113)와 공진안테나 제2접점부(115)를 포함할 수 있다. 이는 공진안테나 제1접점부(113)와 공진안테나 제2접점부(115)가 결합 또는 접촉할 경우에 무선 전력충전이 된다.
예를 들어, 사용자가 팔찌 형상의 웨어러블 기기(1)를 손목을 차는 경우에, 공진안테나 제1접점부(113)와 공진안테나 제2접점부(115)가 결합 또는 접촉하여 무선 전력충전이 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력충전장치(10)는 무선 전력충전영역을 확인한다(S310).
무선 전력충전장치(10)는 표시부(140)에 적어도 하나 이상의 전력 무선송신장치(20)로부터 수신한 전력신호의 전송세기를 표시한다(S320).
무선 전력충전장치(10)는 NFC 동기화 명령신호를 수신하였는지 확인한다(S330).
무선 전력충전장치(10)는 NFC 동기화 명령신호를 수신하였으면, NFC모듈(120)에서 NFC 동기화를 수행한다(S340).
무선 전력충전장치(10)는 NFC 동기화 명령신호를 수신하지 않았으면, 단계 S330을 수행한다.
무선 전력충전장치(10)는 외부에서 수신한 전력신호를 공진안테나(110)를 통해서 자기 공진방식으로 유도한다(S350).
무선 전력충전장치(10)는 무선 전력충전모듈(130)에서 전력신호를 아날로그 신호인 교류전류(AC)에서 직류전류(DC)로 변환한다(S360).
무선 전력충전장치(10)는 직류전류로 배터리(150)를 충전한다(S370).
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
1: 웨어러블 기기
10: 무선 전력충전장치
20: 전력 무선전송장치
110: 공진안테나
111: 공진안테나 본체
113: 공진안테나 제1접점부
115: 공진안테나 제2접점부
120: NFC모듈
130: 무선 전력전송모듈
140: 표시부
150: 배터리

Claims (10)

  1. 외부의 전력 무선송신장치의 전력신호를 자기 공진방식으로 유도하는 공진안테나,
    상기 전력 무선송신장치와 NFC 동기화를 수행하는 NFC모듈,
    상기 NFC 동기화 수행시, 상기 전력신호를 교류전류에서 직류전류로 변환하는 무선 전력충전모듈을 포함하는 무선 전력충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력충전장치는 외부로부터 수신되는 상기 전력신호의 전송세기를 표시하는 표시부를 더 포함하는 무선 전력충전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공진안테나는 공진안테나 본체와 공진안테나 제1접점부, 공진안테나 제2접점부를 포함하는 무선 전력충전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진안테나는 다이폴 형태인 것을 특징으로 하는 무선 전력충전장치.
  5. 제4항에 있어서
    상기 공진안테나는 모든 방향으로부터 상기 전력신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력충전장치.
  6. 표시부, 공진안테나, NFC모듈, 무선 전력충전모듈을 포함하는 무선 전력충전장치에 있어서,
    NFC 동기화 명령신호를 수신하였으면, 상기 NFC모듈에서 NFC 동기화를 수행하는 단계,
    외부에서 수신한 전력신호를 상기 공진안테나를 통해서 자기 공진방식으로 유도하는 단계,
    상기 무선 전력충전모듈에서 상기 전력신호를 아날로그 신호인 교류전류에서 직류전류로 변환하는 단계를 포함하는 무선 전력충전방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 표시부에 적어도 하나 이상의 전력 무선송신장치로부터 수신한 상기 전력신호의 전송세기를 표시하는 단계를 더 포함하는 무선 전력충전방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공진안테나는 공진안테나 본체와 공진안테나 제1접점부, 공진안테나 제2접점부를 포함하는 무선 전력충전장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공진안테나는 다이폴 형태인 것을 특징으로 하는 무선 전력충전장치.
  10. 제9항에 있어서
    상기 공진안테나는 모든 방향으로부터 상기 전력신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력충전장치.
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