KR20150145959A - 무선 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 XYZ 좌표계에서, 공진 결합 방식을 이용하여 이동 단말기의 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전 장치에 있어서, 제1 커패시턴스(Capacitance) 성분 및 제1 인덕턴스(Inductance) 성분을 포함하고, XY평면상에서 나선형으로 형성되는 제1 코일부 및 상기 제1 코일부와 전기적으로 연결되고, 제2 커패시턴스 성분 및 제2 인덕턴스 성분을 포함하며, Z축 방향으로 갈수록 입체적인 형상을 가지며 나선형으로 형성되는 제2 코일부를 포함하고, 상기 제1 커패시턴스 및 제2 커패시턴스를 등가 계산한 등가 커패시턴스와 상기 제1 인덕턴스 및 상기 제2 인덕턴스를 등가 계산한 등가 인덕턴스는, 상기 배터리의 공진 주파수와 매칭되는 공진 주파수를 형성하는 무선 충전 장치에 관한 것이다.

Description

무선 충전 장치{Wireless charger}

본 발명은 무선 충전 장치에 관한 것이다.

이동 단말기에는 재충전 가능한 배터리가 장착된다. 배터리를 충전하기 위해서는 가정용 상용 전원을 이용하여 이동 단말기의 배터리에 전기 에너지를 제공하는 별도의 충전 장치가 필요하다. 통상적으로, 충전 장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있다. 두 접촉 단자를 서로 접속시키는 경우, 충전 장치와 배터리는 전기적으로 연결되어 충전이 가능하다.

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 이동 단말기의 무선 충전 장치가 제안되었다.

그러나, 종래의 무선 충전 장치는 무선 충전 장치와 이동 단말기의 위치 관계에 따라 충전 효율이 달라질 수 있다. 다시 말해, 상기 무선 충전 시스템은 무선 충전 장치와 이동 단말기가 대응하도록 위치할 때 충전 효율이 가장 좋다. 즉, 상기 무선 충전 장치는 최적의 충전 효율을 유지하기 위해 이동 단말기를 지정된 곳에 위치시켜야 하는 불편함이 있다.

한편, 최근에는, 차세대 스마트 기기로, 웨어러블 디바이스(Wearable Device)에 대한 관심이 늘어나고 있는 추세이다. 웨어러블 디바이스란 단어 그대로 "착용하는 전자기기"를 뜻한다. 이러한 웨어러블 디바이스는 사용자가 착용 가능한 입체적 형상을 가지기 때문에, 기존의 무선 충전 장치로 충전하기에는 어려움이 따른다. 따라서 다양한 형상의 웨어러블 디바이스도 충전할 수 있는 무선 충전 장치 개발이 요구되고 있다.

디바이스의 무선 충전 방법 및 장치에 관한 내용은 공개번호 10-2014-0026712에 개시됨

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 입체적 형상을 갖는 무선 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는 XYZ 좌표계에서, 공진 결합 방식을 이용하여 이동 단말기의 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전 장치에 있어서, 제1 커패시턴스(Capacitance) 성분 및 제1 인덕턴스(Inductance) 성분을 포함하고, XY평면상에서 나선형으로 형성되는 제1 코일부 및 상기 제1 코일부와 전기적으로 연결되고, 제2 커패시턴스 성분 및 제2 인덕턴스 성분을 포함하며, Z축 방향으로 갈수록 입체적인 형상을 가지며 나선형으로 형성되는 제2 코일부를 포함하고, 상기 제1 커패시턴스 및 제2 커패시턴스를 등가 계산한 등가 커패시턴스와 상기 제1 인덕턴스 및 상기 제2 인덕턴스를 등가 계산한 등가 인덕턴스는, 상기 배터리의 공진 주파수와 매칭되는 공진 주파수를 형성한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 관련된 무선 충전 장치에 의한 효과는 다음과 같다.

첫째, 복잡한 형상의 웨어러블 디바이스에 포함된 배터리도 무선으로 충전할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 단말기를 놓는 위치 또는 방법에 관계없이 무선 충전할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 하나의 무선 충전 장치를 통해 복수의 단말기를 동시에 무선 충전할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 충전 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 2는 종래의 무선 충전 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기의 크기를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 크기를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 코일부에서 형성되는 자기장의 방향을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치가 스마트폰을 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 제1 실시예에 따른 무선 충전장치가 와치형 이동 단말기(200b)를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13 및 도 14는 제1 실시예 따른 무선 충전 장치(100)가 글래스형 이동 단말기(200c)를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 15는 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치가 블루투스 헤드셋(200d)을 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 16은 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치가 복수의 이동 단말기를 충전하는 경우를 예시한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 충전 장치가 와치형 이동 단말기를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 충전장치가 글래스형 이동 단말기를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 이동 단말기에는 이동폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.

그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

한편, 이하의 설명에서는 XYZ 좌표계를 기준으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 충전 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

무선 충전 장치(100)는 유도 결합 방식 또는 공진 결합 방식을 이용한다.

유도 결합 방식(Inductive Coupling) 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일(coil)을 지나는 자속이 변하게 되어 2차 코일(coil)측에 유도 기전력이 생기게 되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일(coil)을 근접시킨 채 1차 코일(coil)의 전류만 변화시키면 유도 기전력이 생기게 된다. 이 경우, 주파수 특성은 크게 영향을 받지 않으나, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치(예를 들면, 무선 충전 장치) 및 수신 장치(예를 들면, 이동 단말기) 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)에 따라 전력 효율이 영향을 받게 된다.

반면, 공진 결합(Resonance Coupling) 방식은, 일정 거리가 떨어진 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 공진 주파수(Resonance Frequncy)를 인가하여 발생한 자기장 변화량 중 일부가 동일한 공진 주파수의 2차 코일(coil)에 인가되어 2차 코일(coil)에서 유도 기전력이 발생되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 송수신 장치가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우, 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 에너지 전달이 없게 된다. 이 경우, 주파수의 선택이 중요한 문제가 될 수 있다. 소정 거리 이상 이격된 공진 주파수간에는 서로간에 에너지 전달이 없으므로, 공진 주파수 선택을 통해 충전 대상 기기를 선택할 수도 있다. 만일, 하나의 공진 주파수에 하나의 기기만이 할당되는 경우, 공진 주파수의 선택은 곧 충전 대상 기기를 선택하는 의미를 가질 수도 있다.

공진 결합 방식은 유도 결합 방식에 비해, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치 및 수신 장치 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)가 상대적으로 전력 효율에 덜 영향을 주는 장점이 있다.

이하에서는 공진 결합 방식을 이용한 무선 충전 장치를 중심으로 설명하나, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는 유도 결합 방식을 이용할 수도 있음을 명시한다.

먼저, 공진(resonance)(또는 공명)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 공진(resonance)이란, 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다.

같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 전기 회로에서는 인덕터와 커패시터를 사용하여 공진 회로를 만들 수 있다.

공진 결합 방식을 이용한 무선 충전 장치는 제1 코일부 및 제2 코일부를 포함할 수 있다. 제1 코일부는 제1 커패시턴스(Capacitance) 성분 및 제1 인덕턴스(Inductance) 성분을 포함한다. 제2 코일부는 제2 커패시턴스 성분 및 제2 인덕턴스 성분을 포함한다.

한편, 제1 코일부에서, 인접 코일 사이의 간격, 길이, 회전수에 의해 제1 인덕턴스(Inductance, L)가 결정된다. 또한, 코일사이의 간격과 코일의 면적에 의해 제1 커패시턴스(Capacitance, C)가 결정된다.

제2 코일부에서, 인접 코일 사이의 간격, 길이, 회전수에 의해 제2 인덕턴스(Inductance, L)가 결정된다. 또한, 코일사이의 간격과 코일의 면적에 의해 제2 커패시턴스(Capacitance, C)가 결정된다.

등가 커패시턴스는 제1 커패시턴스 및 제2 커패시턴스를 등가 계산한 값이다. 등가 인덕턴스는 제1 인덕턴스 및 제2 인덕턴스를 등가 계산한 값이다.

무선 충전 장치(100)에서의 공진 주파수는 다음과 같이 등가 커패시턴스값 및 등가 인덕턴스값에 따라 결정된다.

공진 주파수가 상기 수학식 1과 같이 결정될 때, 무선 중전 장치(100)는 제1 커패시턴스, 제1 인덕턴스, 제2 커패시턴스 또는 제2 인덕턴스를 조절하여, 공진 주파수를 변경할 수 있다.

도 1에서 지시번호 110은 무선 충전 장치(100)의 등가 커패시턴스를 지시한다. 지시번호 120은 무선 충전 장치(100)의 등가 인덕턴스를 지시한다.

무선 충전 장치(100)에 인가되는 전원에 의하여 특정한 진동 주파수를 가진 자기장이 형성된다. 형성된 자기장에 의하여 이동 단말기(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우, 이동 단말기(200) 내에서는 공진 현상에 의한 전력이 발생된다.

전술한 바와 같이 복수의 진동체들이 전자기적으로 상호 공진하면, 상기 복수의 진동체들 이외의 주변 물체들에 영상을 받지 않기 때문에 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 전자기적으로 상호 공진하는 복수의 진동체들 사이에는 에너지 터널(tunnel)이 발생할 수 있다. 이를 에너지 커플링(coupling) 또는 에너지 꼬리(tail)이라고 하기도 한다.

본 명세서에 개시된 공진 결합 방식은 낮은 주파수를 가지는 전자기파를 사용할 수 있는데, 낮은 주파수를 가지는 전자기파를 이용하여 전력을 전송하는 경우, 상기 전자기파의 단일 파장내에 위치하는 영역에는 거의 자기장만이 영향을 미치게 된다. 이를 자기적 결합(magnetic coupling) 또는 자기적 공진(magnetic resonance)라고 할 수 있다. 이러한 자기적 공진은 상기 낮은 주파수를 가지는 전자기파의 단일파장 내에 상기 무선 충전 장치(100)와 이동 단말기(100)가 위치할 때 발생될 수 있다.

한편, 이동 단말기(200)는 무선 충전 장치(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진 현상이 일어날 수 있도록 구성된 수신 코일(220) 및 공진 형성 회로(210)를 포함할 수 있다. 여기서, 공진 형성 회로(210)는 용량성 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 즉, 공진 형성 회로(210)는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터부일 수 있다. 이동 단말기(200)의 공진 주파수는 수신 코일(220)의 인덕턴스와 공진 형성 회로(210)의 커패시턴스를 상기 수학식 1에 대입하여 구할 수 있다. 공진 형성 회로(210)의 회로 소자의 구성은 이동 단말기(200)가 상기 자기장에 의하여 공진이 일어날 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 1과 같이 수신 코일(220)과 직렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.

이하의 설명에서는 무선 충전 장치의 공진 주파수와 이동 단말기(200)의 공진 주파수가 매칭된다는 가정하에 설명한다.

도 2는 종래의 무선 충전 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 종래의 무선 충전 장치(10)는 패드(PAD) 형태로 구성된다. 이동 단말기(20)는 무선 충전 장치(10) 상에 특정 방향으로 위치하여야 충전 동작이 수행된다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, XY평면에 무선 충전 장치(10)가 위치한 경우, Z방향으로만 자기장이 형성된다. 이경우, 이동 단말기(20)에 포함된 수신 코일(21)을 무선 충전 장치(10)와 마주보도록 XY평면 상에 위치시켜야 충전이 가능하다. 만약, 이동 단말기(20)에 포함된 수신 코일(21)을 XY 평면이 아닌 XZ평면 또는 YZ평면 상에 위치시키는 경우, 충전되지 않는 문제점이 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 장치(100)는 제1 코일부(130) 및 제2 코일부(140)를 포함할 수 있다.

제1 코일부(130)는 제1 커패시턴스 성분 및 제1 인덕턴스 성분을 포함한다. 제1 코일부(130)는 XY 평면상에서 나선형으로 형성될 수 있다. 가령, 제1 코일부(130)는 Z방향으로 자기장을 형성한다.

제2 코일부(140)는 제1 코일부(130)와 전기적으로 연결된다. 제2 코일부(140)는 제2 커패시턴스 성분 및 제2 인덕턴스 성분을 포함한다. 제2 코일부(140)는 Z축 방향으로 갈수록 입체적인 형상을 가지며 나선형으로 형성된다.

한편, 도 3의(a)에 도시된 바와 같이, 제2 코일부(140)는 Z축 방향으로 갈수록 복수의 층(141, 142, 143)을 이루면서 나선형으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 복수의 층은 제1 층(141), 제2 층(142) 및 제3 층(143)을 포함하는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 아니한다. 복수의 층은 무선 충전 장치(100)의 충전 효율, 제2 커패시턴스 성분 및 제2 인덕턴스 성분을 고려하여, 층의 개수 및 층간 간격이 결정될 수 있다.

한편, 제2 코일부(140)가 Z축 방향으로 갈수록 복수의 층을 이루면서 나선형으로 형성된 경우, 상기 복수의 층을 이루며 형성된 나선형은 Z축 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커질 수 있다. 예를 들어, 제1 층(141)에 형성된 원형 코일의 직경보다 제2 층(142)에 형성된 원형 코일의 직경이 더 클 수 있다. 또한, 제2 층(142)에 형성된 원형 코일의 직경보다 제3 층(143)에 형성된 원형 코일의 직경이 더 클 수 있다.

한편, 도 3의(b)에 도시된 바와 같이, 무선 충전 장치(100)는 제1 하우징(150) 및 제2 하우징(160)을 더 포함할 수 있다.

제1 하우징(150)은 제1 코일부(130)를 커버한다. 제2 하우징(160)은 제1 하우징(150)과 연결되고, 제2 코일부(140)를 커버한다.

제1 하우징(150) 및 제2 하우징(160)은 무선 충전 장치의 외관을 이룬다. 제1 하우징(150) 및 제2 하우징(160) 내의 공간에는 각종 전자부품들이 내장되며, 합성수지를 사출하여 형성되거나, 금속 재질을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 하우징(150) 및 제2 하우징(160)은 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.

한편, 제1 하우징(150)과 제2 하우징(160)은 XZ평면 또는 YZ평면에서 소정의 각을 이루며 형성될 수 있다. 제2 코일부(140)가 Z축 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커지는 나선형인 경우, 제2 코일부(140)를 커버하는 제2 하우징(160)은 제1 하우징(150)과 XZ 평면 또는 YZ평면에서 소정의 각을 이룰 수 있다.

한편, 도 3의(c)에 도시된 바와 같이, 제2 코일부(140)는 층을 이루지 않으면서, Z축 방향으로 갈수록 입체적 형상을 가지며 나선형으로 형성될 수 있다.

한편, 제1 코일부(130), 제2 코일부(140) 및 전원부(미도시)는 연결되어 폐회로를 구성할 수 있다. 이때, 제1 코일부(130) 및 제2 코일부(140)는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기를 도시한다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동 단말기(200)는 스마트 폰(200a)일 수 있다. 스마트 폰(200a) 내부에는 배터리가 내장된다. 배터리 내부에는 수신 코일(2차 코일)이 포함된다. 수신 코일의 공진 주파수는 무선 충전 장치에 포함된 코일의 공진 주파수와 일치한다.

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 이동 단말기(200)는 와치(watch) 타입(200b)일 수 있다. 와치 타입의 이동 단말기(200b)는 디스플레이부(351)를 구비하는 본체(301) 및 본체(301)에 연결되어 손목에 착용 가능하도록 구성되는 밴드(302)를 포함한다.

본체(301)는 외관을 형성하는 케이스를 포함한다. 도시된 바와 같이, 케이스는 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 제1케이스(301a) 및 제2케이스(301b)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성되어 유니 바디의 이동 단말기(200b)가 구현될 수도 있다.

밴드(302)는 손목에 착용되어 손목을 감싸도록 이루어지며, 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 그러한 예로서, 밴드(302)는 가죽, 고무, 실리콘, 합성수지 재질 등으로 형성될 수 있다. 또한, 밴드(302)는 본체(301)에 착탈 가능하게 구성되어, 사용자가 취향에 따라 다양한 형태의 밴드로 교체 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 밴드(302)는 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)로 구성되며, 상기 제1, 2 밴드부(302a, 302b)들이 체결 장치에 의해 연결되거나 해제된다.

와치 타입의 이동 단말기(200b)의 배터리는 본체(301) 내부에 포함될 수 있다. 배터리 내부에는 수신 코일(220)이 포함된다. 수신 코일(220)의 공진 주파수는 무선 충전 장치에 포함된 코일의 공진 주파수와 일치한다.

실시예에 따라, 와치 타입의 이동 단말기(200b)의 배터리는 밴드(302) 내부에 포함될 수도 있다. 이때, 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b) 내부에 각각 하나씩 2개의 배터리가 포함될 수도 있다. 이때, 각각의 배터리는 수신 코일(220)을 포함한다.

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 이동 단말기(200)는 글래스 타입(200c)일 수 있다. 글래스 타입의 이동 단말기(200c)는 인체의 두부에 착용 가능하도록 구성되며, 이를 위한 프레임부(케이스, 하우징 등)을 구비할 수 있다. 프레임부는 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 본 도면에서는, 프레임부가 서로 다른 재질의 제1 프레임(401)과 제2 프레임(402)을 포함하는 것을 예시하고 있다.

프레임부는 두부에 지지되며, 각종 부품들이 장착되는 공간을 마련한다. 도시된 바와 같이, 프레임부에는 제어 모듈(480), 음향 출력 모듈(452) 등과 같은 전자부품이 장착될 수 있다. 또한, 프레임부에는 좌안 및 우안 중 적어도 하나를 덮는 렌즈(403)가 착탈 가능하게 장착될 수 있다.

제어 모듈(480)은 이동 단말기(400)에 구비되는 각종 전자부품을 제어하도록 이루어진다. 제어 모듈(480)은 앞서 설명한 제어부(180)에 대응되는 구성으로 이해될 수 있다. 본 도면에서는, 제어 모듈(480)이 일측 두부 상의 프레임부에 설치된 것을 예시하고 있다. 하지만, 제어 모듈(480)의 위치는 이에 한정되지 않는다.

글래스 타입 이동 단말기(200c)의 배터리는 제어 모듈(480) 내부에 포함될 수 있다. 배터리 내부에는 수신 코일(220)이 포함된다. 수신 코일(220)의 공진 주파수는 무선 충전 장치에 포함된 코일의 공진 주파수와 일치한다.

실시예에 따라, 글래스 타입 이동 단말기(200c)의 배터리는 프레임부 내부에 포함될 수 있다. 예를 들면, 제1 프레임(401) 및 제2 프레임(402) 내부에 각각 하나씩 2개의 배터리가 포함될 수 있다. 이때, 각각의 배터리는 수신 코일(220)을 포함한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기의 크기를 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 스마트 폰(200a)의 길이(a)는 140mm 이상 150mm 이하일 수 있다. 스마트 폰(200a)의 너비(b)는 70mm 이상 80mm 이하일 수 있다. 스마트 폰(200a)의 높이는 5mm 이상 10mm 이하일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)는 상술한 스마트 폰(200a)의 충전이 가능한 크기로 형성될 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 와치형 이동 단말기(200b) 본체(301)의 길이(d)는 35mm이상, 45mm 이하일 수 있다. 와치형 이동 단말기(200b) 본체(301)의 너비(e)는 40mm 이상, 50mm이하일 수 있다.

도 5의 (c)를 참조하면, 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리가 본체(301)의 내부에 포함되는 경우, 배터리에 포함된 수신 코일(220)의 면적(A)은 가로 20mm 이상, 30mm 이하이고, 세로 20mm 이상, 30mm 이하의 넓이를 가질 수 있다. 또한, 배터리는 본체(301)의 중앙에 포함될 수 있다.

제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 연결된 경우, 고리 형태의 와치형 이동 단말기(200b)에서의 직경(f)은 70mm 이상, 90mm이하일 수 있다.

제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)의 폭(g)는 15mm 이상, 25mm 이하일 수 있다.

제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 체결 부위의 높이(h)는 20mm 이상, 30mm 이하이고, 너비(i)는 30mm 이상, 50mm 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)는 상술한 와치형 이동 단말기(200b)의 충전이 가능한 크기로 형성될 수 있다.

도 5의 (d)를 참조하면, 글래스형 이동 단말기(200c)가 펼쳐진 상태에서, 길이(j)는 150mm 이상, 250mm 이하일 수 있다. 폭(k)은 110mm 이상, 150mm 이하일 수 있다.

한편, 실시예에 따라, 글래스형 이동 단말기(200c)는 프레임부의 양 끝단에 각종 전자부품들이 장착되는 공간이 마련될 수도 있다. 이경우, 상기 전자부품들이 장착되는 공간의 높이(l)는 20mm 이상, 30mm 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)는 상술한 글래스형 이동 단말기(200c)의 충전이 가능한 크기로 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 크기를 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 6을 참조하여, 바람직한 무선 충전 장치(100)의 크기에 대해 설명하나, 본 발명의 실시예에 의한 무선 충전 장치(100)의 크기는 이에 제한되지 않음을 명시한다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)는 도 5를 참조하여 설명한 이동 단말기(200, 예를 들면, 스마트 폰(200a), 와치형 이동 단말기(200b), 글래스형 이동 단말기(200c))를 충전할 수 있는 크기로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 하우징(150)은 제1 코일부(130)를 커버하고, 제2 하우징(160)은 제2 코일부(140)를 커버한다. 본 도에서는 제1 하우징(150) 및 제2 하우징(160)을 기준으로 무선 충전 장치(100)의 크기를 설명하나, 제1 하우징(150)의 크기는 제1 코일부(130)의 크기로, 제2 하우징(160)의 크기는 제2 코일부(140)의 크기로 매칭될 수 있음을 명시한다.

도 6의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)의 평면도이다. 도 6의 (a)를 참조하면, 제1 하우징(150)은 나선형의 제1 코일부(130)를 커버하기 때문에 평면도 상에서 원형으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 하우징(150)의 직경(m)은 80mm 이상, 100mm 이하일 수 있다. 이때, 제1 하우징(150)의 직경(m)이 80mm 미만인 경우, 와치형 이동 단말기(200b)의 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 연결되지 않은 상태에서 충전할 때, 와치형 이동 단말기(200b)의 본체(301)가 제1 하우징(150)과 접촉되지 않을 수 있다. 만약, 제1 하우징(150)의 직경(m)이 100mm를 초과하는 경우, 제2 코일부(140)에 의한 충전 효율이 낮아질 수 있다.

한편, 와치형 이동 단말기(200b) 배터리의 수신 코일(220)은 본체(301), 밴드(302), 밴드 연결부에 위치할 수 있다. 또한, 글래스 형 이동 단말기(200c) 배터리의 수신 코일(220)은 제1 프레임(401), 제2 프레임(402), 렌즈(403) 또는 제어모듈(480)에 위치할 수 있다. 상술한 모든 수신 코일(220)의 위치에 관계없이 충전이 가능하게 하기 위해, 제1 하우징(150)의 직경의 크기는 90mm인 것이 바람직하다.

도 6의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)의 정면도 또는 측면도이다.

도 6의 (b)를 참조하면, 제2 하우징(160)의 높이(n)는 35mm 이상, 40mm 이하일 수 있다. 이때, 제2 하우징(160)의 높이(n)가 35mm 미만인 경우, 와치형 이동 단말기(200b)의 밴드(302)가 결합된 경우, 제2 코일부(140)에 의한 충전 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 글래스형 이동 단말기(200c)에 대한 제2 코일부(140)에 의한 충전 효율이 떨어질 수 있다. 만약, 제1 하우징(160)의 높이(n)가 40mm보다 큰 경우, 이동 단말기(200)를 무선 충전 장치(100)에 넣거나 뺄때 사용자가 불편함을 느낄 수 있다.

한편, 제1 하우징(150)과 제2 하우징(160)은 XZ 평면 또는 YZ평면에서 소정의 각(α)을 이루며 형성될 수 있다. 상기 소정의 각(α)을 갖도록 함으로써, 제2 코일부(140)에서 형성되는 자기장의 방향을 X, Y, Z 방향으로 분산하는 효과가 있다. 또한, 사용자가 무선 충전 장치(100)에 이동 단말기(200)를 용이하게 넣고 뺄 수 있는 효과도 있다.

즉, XZ 평면 또는 YZ평면에서 제1 하우징(150)과 제2 하우징(160)이 이루는 각(α)의 크기는 25°이상, 35°이하 일 수 있다. 이때, 제1 하우징(150)과 제2 하우징(160)이 이루는 각(α)의 크기가 25°보다 작은 경우, 사용자가 무선 충전 장치(100)에 이동 단말기(200)를 넣고 빼는데 불편함을 느낄 수 있다. 제1 하우징(150)과 제2 하우징(160)이 이루는 각(α)의 크기가 35° 보다 큰 경우, 자기장의 필드 분퍼가 너무 퍼져서 충전 효율이 감소할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 코일부에서 형성되는 자기장의 방향을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 7의 (a)는 종래 기술에 따른 무선 충전 방식을 도시한다. 종래의 무선 충전 장치(10)는 이동 단말기(20)를 향하여 마주보는 방향(예를 들어, Z축 방향)으로만 자기장을 형성할 수 있다. 이경우, 무선 충전 장치(10)와 이동 단말기(20)간 공진이 발생하기 위해서는, 이동 단말기(200)를 극도로 제한된 영역에 위치시켜야 하는 불편함이 있었다. 또한, 웨어러블 디바이스의 경우, 입체적 형상으로 인해 무선 충전이 불가능하였다.

도 7의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라, 이동 단말기(200)를 무선 충전 장치(100)에 세워서 넣는 경우를 예시한다. 본 실시예에서 이동 단말기(200)는 수신 코일(220)을 2개 포함하는 것으로 가정한다.

정면에서 봤을때, 제2 코일부(140)에서 지면에 β의 각도로 기울어진 방향으로 F의 자기장을 형성하는 경우, 이동 단말기(200) 방향으로 Fcos(β)의 자기장이 형성된다. 이동 단말기(200)가 2개의 수신 코일(220)을 포함하고 있으므로, 다른 방향으로 Fcos(β)의 자기장이 형성되어, 수신 코일(220)이 한개인 경우보다 충전 효율이 높다. 이경우, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 공진을 통해, 이동 단말기(200)의 배터리를 무선 충전할 수 있다.

도 7의 (c)는 본 발명의 실시예에 따라, 이동 단말기(200)를 무선 충전 장치(100)에 눕혀서 넣는 경우를 예시한다.

제1 코일부(130)는 Z축 방향으로 자기장을 형성하고, 이동 단말기(200)와 마주보는 방향으로 자기장이 형성된다. 정면에서 봤을때, 제2 코일부(140)에서 지면에 γ 의 각도로 기울어진 방향으로 F의 자기장을 형성하는 경우, 이동 단말기(200)방향으로 Fsin(γ)의 자기장이 형성된다. 이경우, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 또한, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 공진을 통해, 이동 단말기(200)의 배터리를 무선 충전 할 수 있다.

도 7의 (d)는 본 발명의 실시예에 따라, 이동 단말기(200)를 무선 충전 장치(100)에 비스듬히 세워서 넣는 경우를 예시한다.

정면에서 봤을때, 제2 코일부(140)에서 지면에 β의 각도로 기울어진 방향으로 F의 자기장을 형성하는 한다. 이때, 이동 단말기(200)가 지면에 δ 의 각도로 기울어진 경우, 이동 단말기(200) 수신 코일(220)은 제2 코일부(140)의 일영역과 마주볼 수 있다. 이때, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 공진을 통해, 이동 단말기(200)의 배터리를 무선 충전 할 수 있다.

도 8은 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치가 스마트폰을 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 무선 충전 장치(100)의 제2 하우징(160)의 일부분에 스마트 폰(200a)이 걸쳐 있는 경우, 스마트 폰(200a)은 제2 코일부(140)의 일부분과 마주본다. 이때, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 공진을 통해 스마트 폰(200a)의 배터리를 충전할 수 있다. 한편, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)간에도 공진이 발생할 수 있다. 이경우, 무선 충전 장치(100)는 상기 공진을 통해 스마트 폰(200a)의 배터리를 충전할 수 있다.

도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 스마트 폰(200a)는 제1 하우징(150) 및 제2 하우징(160)에 걸쳐 비스듬하게 위치할 수 있다. 이경우, 스마트 폰(200a)은 제1 코일부(130) 및 제2 코일부(140)와 소정 각도를 형성한 상태에서 마주본다. 이때, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 또한, 제2 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 공진을 통해, 스마트 폰(200a)의 배터리를 충전할 수 잇다.

스마트 폰(200a)이 제1 코일부(130) 또는 제2 코일부(140)와 각각 마주보는 상태에서 무선 충전 하는 경우보다 충전 효율은 낮지만, 제1 코일부(130) 및 제2 코일부(140) 모두에서 발생하는 공진을 통해 무선 충전되기 때문에 낮은 충전 효율을 보완할 수 있다.

도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 스마트 폰(200a)은 제1 코일부(130)와 마주보도록 위치할 수 있다. 이경우, 스마트 폰(200a)은 제1 코일부(130)에 의해 형성되는 자기장의 영향을 모두 받을 수 있다. 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 공진을 통해 스마트 폰(200a)의 배터리를 충전할 수 있다.

도 9 내지 도 12는 제1 실시예에 따른 무선 충전장치가 와치형 이동 단말기(200b)를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 9를 참조하면, 와치형 이동 단말기(200b)는 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 연결된 상태에서, 무선 충전 장치(100) 내부에 위치할 수 있다.

이경우, 도 9의 (a)는 무선 충전 장치(100) 및 와치형 이동 단말기(200b)의 사시도를, 도 9의 (b)는 평면도를, 도 9의 (c)는 정면도를 도시한다.

와치형 이동 단말기(200b)는 밴드(302)가 연결된 상태에서, 세워진 채로 무선 충전 장치(100) 내부에 위치한다. 이경우, 와치형 이동 단말기(200b)의 본체(301)는 지면과 소정 각도를 이룬채, 제1 코일부(130)를 향해 위치한다. 만약, 와치형 이동 단말기(200b) 배터리에 포함된 수신 코일(220)이 본체(301)의 내부에 포함된 경우, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 충전할 수 있다. 또한, 이경우, 본체(301)는 제2 코일부(140)와 소정 각도를 이루면서 마주보고 있으므로, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)간에도 공진이 발생할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)간에 발생된 공진을 통해서도, 와치형 이동 단말기(200b)를 무선 충전할 수 있다.

도 10을 참조하면, 와치형 이동 단말기(200b)는 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 연결된 상태에서, 무선 충전 장치(100) 내부에 위치할 수 있다.

이경우, 도 10의 (a)는 무선 충전 장치(100) 및 와치형 이동 단말기(200b)의 사시도를, 도 10의 (b)는 평면도를, 도 10의 (c)는 정면도를 도시한다.

와치형 이동 단말기(200b)는 밴드(302)가 연결된 상태에서, 눕혀진 채로 무선 충전 장치(100) 내부에 위치한다. 이경우, 와치형 이동 단말기(200b)의 본체(301)는 지면과 수직에 가깝게 제2 코일부(140)의 일 부분을 향해 위치한다. 만약, 와치형 이동 단말기(200b) 배터리에 포함된 수신 코일(220)이 본체(301)의 내부에 포함된 경우, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해, 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 무선 충전할 수 있다.

도 11은 와치형 이동 단말기(200b)가 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 연결되지 않은 상태에서 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)의 내부에 위치하는 경우를 예시한다.

도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 밴드(302)가 연결되지 않은 상태에서, 와치형 이동 단말기(200b)의 본체(301)는 지면과 소정의 각도를 이루면서 무선 충전 장치(100) 내부에 위치할 수 있다. 이경우, 본체(301)는 제1 코일부(130) 및 제2 코일부(140) 모두와 소정의 각도를 이루면서 마주볼 수 있다. 만약, 와치형 이동 단말기(200b) 배터리에 포함된 수신 코일(220)이 본체(301)의 내부에 포함되는 경우, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 또한, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)간에도 공진이 발생할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 충전할 수 있다.

도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 밴드(302)가 연결되지 않은 상태에서, 와치형 이동 단말기(200b)의 본체(301)는 지면과 수직에 가까운 각도를 이루면서 무선 충전 장치(100) 내부에 위치할 수 있다. 이경우, 본체(301)는 제2 코일부(140)의 일부분과 마주볼 수 있다. 만약, 와치형 이동 단말기(200b) 배터리에 포함된 수신 코일(220)이 본체(301)의 내부에 포함되는 경우, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 충전할 수 있다.

도 12는 와치형 이동 단말기(200b)가 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b)가 연결되지 않은 상태에서 무선 충전 장치(100)의 내부에 위치하는 경우를 예시한다.

이경우, 도 12는 무선 충전 장치(100) 및 와치형 이동 단말기(200b)의 사시도를 도시한다.

와치형 이동 단말기(200b)는 밴드(302)가 연결되지 않은 상태에서, 제1 코일부(130)와 마주보도록 위치한다. 만약, 와치형 이동 단말기(200b) 배터리에 포함된 수신 코일(220)이 본체(301)의 내부에 포함되는 경우, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 충전할 수 있다.

도 13 및 도 14는 제1 실시예 따른 무선 충전 장치(100)가 글래스형 이동 단말기(200c)를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 글래스형 이동 단말기(200c)는 펼쳐진 상태로, 무선 충전 장치(100)의 윗부분에 걸쳐져 있을 수 있다. 이경우, 글래스형 이동 단말기(200c)의 렌즈(403)는 제1 코일부(130)와 마주볼 수 있다. 만약, 렌즈(403)의 둘레 부분에 수신 코일(220)이 위치하는 경우, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해, 글래스형 이동 단말기(200c) 배터리를 충전할 수 있다.

도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 글래스형 이동 단말기(200c)는 접혀진 상태로, 무선 충전 장치(100)의 안에 위치할 수 있다. 이경우, 제1 프레임(401) 및 제2 프레임(402)는 제1 코일부(130)와 마주볼 수 있다. 만약, 제1 프레임(401) 및/또는 제2 프레임(402)의 내부에 수신 코일(220)이 위치하는 경우, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 공진을 통해, 글래스형 이동 단말기(200c) 배터리를 충전할 수 있다.

도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(401) 및 제2 프레임(402) 중 어느 하나만 무선 충전 장치(100) 안에 위치할 수 있다. 이경우, 제1 프레임(401) 및 제2 프레임(402)는 제2 코일부(140)와 마주볼 수 있다. 만약, 제1 프레임(401) 또는 제2 프레임(402)의 내부에 수신 코일(220)이 위치하는 경우, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해, 글래스형 이동 단말기(200c) 배터리를 충전할 수 있다.

도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 좌안 및 우안 렌즈(403) 중 어느 하나만 무선 충전 장치(100) 안에 위치할 수 있다. 이경우, 좌안 또는 우안 렌즈(403)는 제2 코일부(140)와 마주볼 수 있다. 만약, 좌안 또는 우안 렌즈(403)의 둘레 부분에 수신 코일(220)이 위치하는 경우, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해, 글래스형 이동 단말기(200c) 배터리를 충전할 수 있다.

도 15는 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치가 블루투스 헤드셋(200d)을 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 블루투스 헤드셋(200d)이 제1 하우징(150)과 마주보는 상태로, 제1 하우징(150) 위에 위치할 수 있다. 이경우, 블루투스 헤드셋(200d) 배터리에 포함된 수신 코일(220)은 제1 코일부(130)와 마주볼 수 있다. 이때, 제1 코일부(130)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 블루투스 헤드셋(200d) 배터리를 충전할 수 있다.

도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 블루투스 헤드셋(200d)이 제2 하우징(160)의 일부분에 걸쳐진 상태로 위치할 수 있다. 이경우, 블루투스 헤드셋(200d) 배터리에 포함된 수신 코일(220)은 제2 코일부(140)의 일부분과 마주볼 수 있다. 이때, 제2 코일부(140)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 블루투스 헤드셋(200d) 배터리를 충전할 수 있다.

도 16은 제1 실시예에 따른 무선 충전 장치가 복수의 이동 단말기를 충전하는 경우를 예시한다.

도 16을 참조하여 설명하는 제1 실시예의 무선 충전 장치(100)는 복수의 이동 단말기(200)를 수용할 수 있을 정도로 충분한 크기를 갖는 것을 가정한다.

도 16의 (a)에 도시된 바와 같이, 무선 충전 장치(100) 안에 글래스형 이동 단말기(200c) 및 와치형 이동 단말기(200b)가 위치할 수 있다. 이경우, 제1 코일부(130) 및/또는 제2 코일부(140)와 글래스형 이동 단말기(200c) 및 와치형 이동 단말기(220b) 각각에 포함된 수신 코일(220)은 공진한다. 이경우, 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 글래스형 이동 단말기(200c) 및 와치형 이동 단말기(200b) 각각을 충전할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치(100)는 종래의 무선 충전 장치와는 달리, 입체적 형상을 갖는 복수의 이동 단말기(200)를 동시에 충전할 수 있는 효과가 있다.

도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 무선 충전 장치(100) 안에 스마트 폰(200a) 및 와치형 이동 단말기(200b)가 위치할 수 있다. 이경우, 제1 코일부(130) 및/또는 제2 코일부(140)와 스마트 폰(200a) 및 와치형 이동 단말기(200b) 각각에 포함된 수신 코일(220)간에 공진이 발생한다. 이경우, 무선 충전 장치(100)는 상기 발생된 공진을 통해 스마트 폰(200a) 및 와치형 이동 단말기(200b) 각각을 충전할 수 있다.

도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 17을 참조하면, 제2 실시예에 따른 무선 충전 장치(500)는 커패시터부(미도시), 코일부(510) 및 하우징(520)을 포함한다.

커패시터부(미도시)는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.

코일부(510)는 커패시터부(미도시)와 전기적으로 연결된다. 코일부(510)는 Z축 방향으로 갈수록 입체적인 형상을 가지며 나선형으로 형성될 수 있다. 커패시터부(미도시) 및 코일부(510)에서 각각의 커패시턴스 및 인덕턴스 성분에 의해 공진 주파수가 형성된다.

한편, 이동 단말기(200) 배터리는 커패시턴스 성분 인덕턴스 성분을 포함하고, 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분에 의해 공진 주파수가 형성된다.

이때, 커패시터부(미도시) 및 코일부(510)에서 형성되는 공진 주파수는 이동 단말기(200) 배터리의 공진 주파수와 매칭된다.

하우징(520)은 무선 충전 장치의 외관을 이룬다. 하우징(520) 내의 공간에는 각종 전자부품들이 내장되며, 합성수지를 사출하여 형성되거나, 금속 재질을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(520)은 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.

하우징(520)은 원뿔형일 수 있다. 코일부(510)가 Z축 방향으로 갈수록 입체적 형상을 가지며 나선형으로 형성되기 때문에, 코일부(510)를 커버하기 위해서는 원뿔형의 하우징(520)이 바람직하다.

도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 충전 장치가 와치형 이동 단말기를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 18의 (a)에 도시된 바와 같이, 와치형 이동 단말기(200b)는 무선 충전 장치(500) 내부에 위치할 수 있다. 제1 밴드(302a) 또는 제2 밴드(302b) 내부에 수신 코일(220)이 포함되는 경우, 수신 코일(220)은 코일부(510)와 소정 각도를 이루면서 마주 볼 수 있다. 이때, 코일부(510) 및 커패시터부(미도시)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(500)는 상기 발생된 공진에 의해 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 무선 충전할 수 있다.

도 18의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 밴드(302a) 및 제2 밴드(302b) 중 어느 하나가 무선 충전 장치(500) 내부에 위치할 수 있다. 이때, 제1 밴드(302a) 또는 제2 밴드(302b) 내부에 수신 코일(220)이 포함될 수 있다. 수신 코일(220)이 포함된 밴드(302)가 무선 충전 장치(500) 내부에 위치하는 경우, 수신 코일(220)은 코일부(510)와 소정 각도를 이루면서 마주 볼 수 있다. 이때, 코일부(510) 및 커패시터부(미도시)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(500)는 상기 발생된 공진에 의해 와치형 이동 단말기(200b)의 배터리를 충전할 수 있다.

도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 충전장치가 글래스형 이동 단말기를 충전하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.

도 19의 (a) 및 도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 글래스형 이동 단말기(200c)는 수신 코일(220)이 포함된 제1 프레임(401) 또는 제2 프레임(402)이 무선 충전 장치(500) 내부에 위치할 수 있다. 이경우, 수신 코일(220)은 놓여 있는 위치에 따라 소정 각도를 이루면서 코일부(510)와 마주 볼 수 있다. 이때, 커패시터부(미도시) 및 코일부(510)와 수신 코일(220)은 공진한다. 무선 충전 장치(500)는 상기 발생된 공진에 의해 와치형 이동 단말기(200c)의 배터리를 무선 충전할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100 : 무선 충전 장치
130 : 제1 코일부
140 : 제2 코일부
150 : 제1 하우징
160 : 제2 하우징
200 : 이동 단말기
200a : 스마트 폰
200b : 와치형 이동 단말기
200c : 글래스형 이동 단말기

Claims (5)

1. XYZ 좌표계에서, 공진 결합 방식을 이용하여 이동 단말기의 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전 장치에 있어서,
   제1 커패시턴스(Capacitance) 성분 및 제1 인덕턴스(Inductance) 성분을 포함하고, XY평면상에서 나선형으로 형성되는 제1 코일부; 및
   상기 제1 코일부와 전기적으로 연결되고, 제2 커패시턴스 성분 및 제2 인덕턴스 성분을 포함하며, Z축 방향으로 갈수록 입체적인 형상을 가지며 나선형으로 형성되는 제2 코일부;를 포함하고,
   상기 제1 커패시턴스 및 제2 커패시턴스를 등가 계산한 등가 커패시턴스와 상기 제1 인덕턴스 및 상기 제2 인덕턴스를 등가 계산한 등가 인덕턴스는, 상기 배터리의 공진 주파수와 매칭되는 공진 주파수를 형성하는 무선 충전 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 코일부는,
   Z축 방향으로 갈수록 복수의 층을 이루면서 나선형으로 형성되는 무선 충전 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 복수의 층을 이루며 형성된 나선형은
   Z축 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커지는 무선 충전 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 코일부를 커버하는 제1 하우징; 및
   상기 제1 하우징과 연결되고, 상기 제2 코일부를 커버하는 제2 하우징을 더 포함하고,
   상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징은 XZ평면 또는 YZ평면에서 소정의 각을 이루며 형성되는 무선 충전 장치.
5. XYZ 좌표계에서, 공진 결합 방식을 이용하여 이동 단말기의 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전 장치에 있어서,
   커패시터부;
   상기 커패시터부와 전기적으로 연결되고, Z축 방향으로 갈수록 입체적인 형상을 가지며 나선형으로 형성되는 코일부;
   상기 코일부를 커버하는 원뿔형의 하우징;을 포함하고,
   상기 커패시터부 및 상기 코일부에서 형성되는 공진 주파수는 상기 배터리의 공진 주파수와 매칭되는 공진 주파수를 형성하는 무선 충전 장치.

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