KR20160041348A - 무선 전력 송수신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송수신 장치는,
개구면을 형성하게 제공되고, 상기 개구면에 대하여 적어도 수직 방향의 자기장(magnetic field; H-field)을 발생시키는 적어도 하나의 평면 공진기; 및 상기 평면 공진기의 일부 영역에 장착되는 적어도 하나의 페라이트 부재를 포함하고, 상기 페라이트 부재는 상기 평면 공진기가 발생시키는 자기장을 상기 개구면에 대하여 경사지게 할 수 있다. 상기와 같은 무선 전력 송수신 장치는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

Description

무선 전력 송수신 장치 {WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE}

본 발명의 다양한 실시예들은 전력 송수신 장치에 관한 것으로서, 예를 들면, 무선 전력 송수신 장치에 관한 것이다.

정보통신 기술이 발달함에 따라, 일상 생활에서 다양한 형태의 전자 장치들이 활용되고 있으며, 개인 사용자가 소유하는 전자 장치의 수가 증가하는 추세이다. 예를 들어, 개인 사용자는 이동통신 단말기, 태블릿 PC, 전자 수첩, 휴대용 멀티미디어 재생기 등을 소유하고, 사용 목적이나 환경에 따라 그에 적합한 전자 장치를 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 전자 장치들은 대체로 유선으로 전원을 공급받으며, 휴대용 전자 장치들은 배터리 팩을 내장함으로써 외부로부터 전원을 공급하지 않더라도 일정 시간동안 사용하는 것이 가능하다.

하지만, 배터리 팩의 용량은 한정되어 있으므로, 주기적으로 충전 또는 교체를 필요로 할 수 있다. 따라서 각각의 전자 장치마다 그에 적합한 충전 장치 또는 충전 케이블이 제공될 수 있다. 또한, 개인 사용자는 소유한 전자 장치의 수만큼 그에 대응하는 충전 장치 또는 충전 케이블을 소유할 수 있다. 소유한 전자 장치의 수가 많을수록 개인 사용자는 충전 장치 등의 부속품을 구비해야 하는 것이다. 이는 사용자에게 다수의 부속품을 소유하게 하는 부담을 줄 뿐만 아니라, 휴대하는 것 또한 번거로운 실정이다.

이러한 전자 장치의 충전이 무선 전력 송수신 방식으로 구현된다면, 하나의 충전 장치를 이용하여 복수의 전자 장치를 충전할 수 있으므로, 사용자의 부담이나 번거로움을 해소할 수 있을 것으로 기대된다. 무선 전력 송수신 방식을 위한 충전을 가능하게 하기 위해서는 안정된 전력 송수신 성능을 확보해야 할 것이다. 예를 들어, 무선 전력의 송수신이 가능한 거리를 충분히 확보하고, 일정 거리 범위 이내에서는 충분한 전력 송수신 효율이 확보되어야 할 것이다.

무선 전력 송수신 장치는 송신측의 1차 공진기와 수신측의 2차 공진기 사이의 전자계 결합(electromagnetic field coupling)을 이용하여 무선 방식으로 전력을 송수신할 수 있다. 그러나 무전 전력 송수신 장치에서, 1차 공진기와 2차 공진기의 정렬 상태에 따라 무선 전력 송수신의 효율이 크게 달라질 수 있다. 예컨대, 1차 공진기가 형성하는 자기장(magnetic field; H-field)의 분포와 2차 공진기가 형성하는 자기장의 분포가 서로 평행한 경우, 일정 거리 범위 이내에서는 상당히 효율적인 무선 전력 송수신이 가능하다. 하지만, 1차, 2차 공진기가 각각 형성하는 자기장의 분포가 서로 수직한 경우, 충분히 가까운 거리에서도 무선 전력 송수신 효율이 급격하게 저하될 수 있다.

따라서 본 발명의 다양한 실시예들은 1차, 2차 공진기가 일정 거리 내에 위치한다면, 전력 송수신 효율을 안정적으로 확보할 수 있는 무선 전력 송수신 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송수신 장치는,

개구면을 형성하게 제공되고, 상기 개구면에 대하여 적어도 수직 방향의 자기장(magnetic field; H-field)을 발생시키는 적어도 하나의 평면 공진기; 및

상기 평면 공진기의 일부 영역에 장착되는 적어도 하나의 페라이트 부재를 포함하고,

상기 페라이트 부재는 상기 평면 공진기가 발생시키는 자기장을 상기 개구면에 대하여 경사지게 할 수 있다.

다른 실시예에서, 무선 전력 송수신 장치는,

제1 개구면을 형성하게 제공되고 상기 제1 개구면에 대하여 적어도 수직 방향으로 자기장을 형성하는 1차 평면 공진기를 구비하는 송신부; 및

제2 개구면을 형성하게 제공되고 상기 제2 개구면에 대하여 적어도 수직 방향으로 자기장을 발생시키는 2차 평면 공진기와, 상기 2차 평면 공진기의 일부 영역에 장착되는 적어도 하나의 페라이트 부재를 구비하는 수신부를 포함하고,

상기 페라이트 부재는 상기 2차 평면 공진기가 발생시키는 자기장을 상기 제2 개구면에 대하여 경사지게 또는 상기 제2 개구면에 평행하게 함으로써,

상기 1차, 2차 평면 공진기 사이의 전자계 결합에 의해 상기 송신부로부터 상기 수신부로 전력이 전송될 수 있다.

상기와 같은 무선 전력 송수신 장치는, 수신측 전자 장치(예: 이동통신 단말기)가 송신측 장치(예: 충전 거치대)에 거치 또는 장착되었을 때, 송신측 평면 공진기와 수신측 평면 공진기가 형성하는 자기장의 분포가 서로에 대하여 경사지게 또는 평행하게 배열될 수 있다. 이러한 배열을 통해, 예를 들면, 수신측 평면 공진기의 자기장 분포의 벡터 성분의 일부가 송신측 평면 공진기가 형성한 자기장 분포와 평행하게 형성되어 안정된 전자계 결합을 형성할 수 있다. 따라서 수신측(또는 송신측) 평면 공진기를 전자 장치에 배치함에 있어, 전자 장치의 거치 방향을 고려하여 페라이트 부재를 장착함으로써 안정된 무선 전력 송수신 효율을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부의 일부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부에서 형성되는 자기장(magnetic field; H-field) 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부의 일부분을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부에서 형성되는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 통상적인 무선 전력 송수신 장치를 나타내는 구성도이다.
도 8은 통상적인 무선 전력 송수신 장치의 수신부에서 형성되는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치의 전력 송수신 효율을 측정하여 나타내는 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 평면 공진기의 구성예들을 각각 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치가 적용된 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부를 구현하는 전자 장치를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부가 회로 기판에 탑재되는 구조를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부를 구현하는 전자 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치의 송신부를 구현하는 충전 거치대를 나타내는 단면 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 일부 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

또한, '전면', '후면', '상면', '하면' 등과 같은 도면에 보이는 것을 기준으로 기술된 상대적인 용어들은 '제1', '제2' 등과 같은 서수들로 대체될 수 있다. '제1', '제2' 등의 서수들에 있어서 그 순서는 언급된 순서나 임의로 정해진 것으로서, 필요에 따라 임의로 변경될 수 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에서 전자 장치는 터치 패널을 구비하는 임의의 장치일 수 있으며, 전자 장치는 단말, 휴대 단말, 이동 단말, 통신 단말, 휴대용 통신 단말, 휴대용 이동 단말, 디스플레이 장치 등으로 칭할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치는 스마트폰, 휴대폰, 내비게이션 장치, 게임기, TV, 차량용 헤드 유닛, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) 컴퓨터, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등일 수 있다. 전자 장치는 무선 통신 기능을 갖는 포켓 사이즈의 휴대용 통신 단말로서 구현될 수도 있다. 또한, 전자 장치는 플렉서블 장치 또는 플렉서블 디스플레이 장치일 수 있다.

전자 장치는 서버 등의 외부 전자 장치와 통신하거나, 외부 전자 장치와의 연동을 통해 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 카메라에 의해 촬영된 영상 및/또는 센서부에 의해 검출된 위치 정보를 네트워크를 통해 서버로 전송할 수 있다. 네트워크는, 이에 한정되지 않지만, 이동 또는 셀룰러 통신망, 근거리 통신망(Local Area Network: LAN), 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN), 광역 통신망(Wide Area Network: WAN), 인터넷, 소지역 통신망(Small Area Network: SAN) 등일 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치는,

개구면을 형성하게 제공되고, 상기 개구면에 대하여 적어도 수직 방향의 자기장(magnetic field; H-field)을 발생시키는 적어도 하나의 평면 공진기; 및

상기 평면 공진기의 일부 영역에 장착되는 적어도 하나의 페라이트 부재를 포함할 수 있으며,

상기 페라이트 부재는 상기 평면 공진기가 발생시키는 자기장을 상기 개구면에 대하여 경사지게 할 수 있다.

한 실시예에서, 상기 페라이트 부재는, 상기 평면 공진기의 일면에서 일측 영역에, 상기 평면 공진기의 타면에서 타측 영역에 각각 장착되어 서로 어긋나게 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 페라이트 부재는, 상기 평면 공진기의 일면에서 양측 가장자리에 인접하게 각각 배치됨과 아울러, 상기 평면 공진기의 타면에서 중앙부 영역에 배치될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 평면 공진기는 루프 안테나, LC 공진 회로 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또 다른 실시예에서, 복수의 상기 평면 공진기가 직렬 또는 병렬로 배열될 수 있다.

상기 평면 공진기가 복수로 배열된 경우, 인접하는 두 평면 공진기는 전기적으로 연결될 수 있다.

상기와 같은 무선 전력 송수신 장치는, 또 다른 개구면을 형성하게 제공되고, 또 다른 상기 개구면에 대하여 적어도 수직 방향의 자기장을 발생시키는 제2 평면 공진기를 더 포함하고, 상기 평면 공진기와 상기 제2 평면 공진기가 전자계 결합(electromagnetic field coupling)을 형성할 수 있다.

한 실시예에서, 상기 평면 공진기와 제2 평면 공진기 중 하나가 전력을 송신하고, 상기 평면 공진기와 상기 제2 평면 공진기 중 다른 하나가 송신된 전력을 수신할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 평면 공진기의 자기장이 상기 제2 평면 공진기의 자기장에 대하여 경사지거나 평행한 방향으로 위치하도록, 상기 평면 공진기가 상기 제2 평면 공진기 상에 배치될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 평면 공진기와 제2 평면 공진기 중 하나가 충전 거치대에 제공되고, 상기 평면 공진기와 제2 평면 공진기 중 다른 하나가 전자 장치에 제공되어, 상기 전자 장치는 상기 충전 거치대에 거치되어 충전 전력을 공급받을 수 있다.

상기와 같은 전자 장치는 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩이 상기 평면 공진기와 제2 평면 공진기 중 다른 하나에 접속되어 공급된 충전 전력에 의해 충전될 수 있다.

상기와 같은 전자 장치에 있어서, 상기 충전 거치대는 상면이 평면으로 이루어지고, 상면에 형성된 적어도 하나의 거치홈을 포함할 수 있다.

상기와 같은 전자 장치는 본체와, 상기 본체로부터 연장된 착용 밴드를 포함하는 신체 착용형 전자 장치이고,

상기 평면 공진기와 제2 평면 공진기 중 다른 하나는 상기 본체의 내부에 배치된 회로 기판, 상기 본체의 가장자리, 상기 착용 밴드 중 어느 하나에 제공될 수 있다.

한 실시예에서, 상기 전자 장치는 디스플레이 유닛과 광학 렌즈, 배터리 팩을 수용한 적어도 하나의 하우징을 포함하는 머리나 얼굴에 착용 가능한 디스플레이 장치이고, 상기 페라이트 부재와 함께 상기 평면 공진기가 상기 광학 렌즈와 하우징 중 어느 하나에 배치될 수 있다.

어떤 실시예에서, 상기 전자 장치는, 한 쌍의 광학 렌즈; 상기 광학 렌즈들 중 하나의 일부분을 수용한 제1 하우징; 하우징 연결부를 통해 상기 제1 하우징에 연결된 제2 하우징; 상기 광학 렌즈들 중 다른 하나의 일부분을 수용한 제3 하우징; 및 제2의 하우징 연결부를 통해 상기 제3 하우징에 연결된 제4 하우징을 포함하고,

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 하우징 중 적어도 하나가 배터리 팩을 내장하며, 상기 페라이트 부재와 함께 상기 평면 공진기가 상기 광학 렌즈들, 제1, 제2, 제3 및 제4 하우징, 하우징 연결부, 제2 하우징 연결부 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 제1, 제3 하우징은 브릿지를 통해 서로 연결될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 전자 장치는 복수의 배터리 팩을 포함하며, 복수의 상기 평면 공진기가 각각의 배터리 팩에 대응하게 배치될 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치를 나타내는 구성도이다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부의 일부분을 나타내는 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 문선 전력 송수신 장치(10)는, 송신부(11) 또는 수신부(21)의 평면 공진기 중 하나에 페라이트 부재를 배치함으로써, 평면 공진기의 개구면에 대하여 경사진 방향으로 분포하는 자기장을 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 페라이트 부재는 수신부 측 평면 공진기에 장착된 구성이 예시되어 있다.

일반적으로 평면 공진기는 개구면에 대하여 수직 방향으로 분포하는 자기장을 형성할 수 있다. 송신부 및 수신부에 각각 배치되는 공진기를 모두 평면 공진기로 구성한다면, 송신부 측 평면 공진기(예: 1차 평면 공진기)와 수신부 측 평면 공진기(예: 2차 평면 공진기)를 서로 마주보게(또는 각 평면 공진기의 개구면을 서로에 대하여 평행하게) 배치함으로써, 안정된 무선 전력 송수신 효율을 확보할 수 있다. 하지만, 2차 평면 공진기가 배치된 수신부(예: 전자 장치)의 디자인과 형상에 따라, 2차 평면 공진기가 1차 평면 공진기에 대하여 수직하게 배치될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송수신 효율은 급격하게 저하될 수 있다.

상기 송신부(11)는 전력을 무선으로 송신하기 위한 1차 평면 공진기(13)를 포함할 수 있으며, 충전 거치대 등으로 구현될 수 있다. 상기 송신부(11)의 크기 또는 상기 1차 평면 공진기(13)의 크기에 따라, 또한, 상기 송신부(11)로부터 전송되는 전력을 수신할 수신부(예: 전자 장치)(21)의 크기에 따라 상기 송신부(11)는 복수의 상기 수신부(21)들로 동시에 전력을 송신할 수 있다. 상기 1차 평면 공진기(13)는 루프 안테나 구조 또는 LC 공진 회로에 의해 구현될 수 있으며, 임피던스 매칭을 위한 집중 소자들을 포함할 수 있다. 상기 1차 평면 공진기(13)에 의해 형성되는 자기장의 분포(Ht)는 대체로 중앙부에서 개구면에 대하여 수직 방향으로, 가장자리로 근접함에 따라 외측으로 경사진 방향으로 형성될 수 있다.

상기 수신부(21)는 상기 송신부(11)로부터 송신된 전력을 수신하기 위한 2차 평면 공진기(23a)를 포함할 수 있으며, 충전식 배터리 팩이 탑재된 각종 전자 장치 등으로 구현될 수 있다. 상기 수신부(21)를 구현하는 전자 장치로는, 이동통신 단말기, 태블릿 PC, 신체 착용형 전자 장치, 전자 수첩 등을 예로 들수 있으며, 이외에도 충전식 배터리 팩이 탑재된 다른 전자 장치 또한 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부로 구현될 수 있다. 상기 수신부(21)는 상기 1차 평면 공진기(13)에 대하여 상기 2차 평면 공진기(23a)가 수직 방향으로 위치하게 배치될 수 있다.

상기 2차 평면 공진기(23a)는 루프 안테나 또는 LC 공진 회로에 의해 구현될 수 있으며, 임피던스 매칭을 위한 집중 소자들을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 1차 평면 공진기(13)와 전자계 결합을 형성할 수 있다면, 다른 형태의 안테나 또는 공진 회로를 이용하여 상기 2차 평면 공진기(23a)를 구현할 수 있다. 상기 2차 평면 공진기(23a)의 양면에는 투자율이 높은 부재, 예를 들어, 페라이트 부재(23b)가 각각 배치되어 하나의 공진기 모듈(23)로 구성될 수 있다. 상기 페라이트 부재(23b)를 배치함에 있어, 상기 2차 평면 공진기(23a)의 일면에서는 일측에, 타면에서는 타측에 각각 부착할 수 있다. 예컨대, 상기 페라이트 부재(23b)는 상기 2차 평면 공진기(23a)의 양면에 각각 부착하되 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 상기 페라이트 부재(23b)를 배치함으로써, 상기 2차 평면 공진기(23a)에 의해 형성되는 자기장의 분포(Hr)는 개구면(23c)에 대하여 경사지게 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 대체로 동일한 크기와 형상의 페라이트 부재(23b)가 상기 2차 평면 공진기(23a)의 양면에 각각 부착된 구성을 예시하고 있지만, 상기 페라이트 부재(23b)의 형상, 크기, 부착 위치 등은 상기 수신부(21)를 구현하는 전자 장치 등의 외형과 그에 따른 상기 송신부(11)에 대한 거치 방향 등을 고려하여 다양하게 변경될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부에서 형성되는 자기장(magnetic field; H-field) 분포를 나타내는 도면이다.

도 3을 더 참조하면, 상기 2차 평면 공진기(23a)에 의해 형성된 자기장의 분포는 상기 페라이트 부재(23b)에 의해 좌하에서 우상으로 향하는 방향을 따라 강하게, 우하에서 좌상으로 향하는 상대적으로 약하게 형성됨을 알 수 있다. 결국, 도 3에 도시된 상태에서, 상기 2차 평면 공진기(23a)는 상기 개구면(23c)에 대하여 경사진, 예를 들어, 좌하에서 우상으로 향하는 자기장 분포를 가질 수 있으며, 이러한 자기장의 분포는 상기 개구면(23c)에 대하여 평행한 벡터 성분과 상기 개구면(23c)에 대하여 수직한 벡터 성분을 가질 수 있다. 따라서 충전을 위해 상기 수신부(21)를 상기 송신부(11)에 가까이 배치했을 때, 상기 수신부(21)의 외형으로 인해 상기 2차 평면 공진기(23a)가 상기 1차 평면 공진기(13)에 대하여 수직으로 배치되더라도, 상기 무선 전력 송수신 장치(10)는 안정된 전력 송수신 효율을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치를 나타내는 구성도이다. 도 5는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부의 일부분을 나타내는 도면이다.

본 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치를 설명함에 있어, 선행 실시예와 동일하거나 선행 실시예를 통해 용이하게 이해할 수 있는 구성들에 대해서는 도면의 참조번호를 동일하게 부여하거나 생략하고 그 상세한 설명 또한 생략될 수 있음에 유의한다.

도 4와 도 5를 참조하면, 수신부(21)의 2차 평면 공진기(42a) 일면에서 페라이트 부재(43b)가 양측 가장자리에 각각 배치되고, 타면에서는 상기 2차 평면 공진기(43a)의 중앙부에 또 다른 페라이트 부재(43b)가 배치될 수 있다. 상기 2차 평면 공진기(43a)의 양면에 각각 페라이트 부재(43b)가 배치되어 수신측 공진기 모듈(43)이 구성될 수 있다. 일면에 배치된 상기 페라이트 부재(43b)들과 타면에 배치된 상기 페라이트 부재(43b)는 서로에 대하여 어긋나게 배치될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 평면도로 볼 때 상기 페라이트 부재(43b)들의 일부분은 중첩될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 2차 평면 공진기(43b)를 이용하여 형성하고자 하는 자기장의 분포와 방향 등을 고려하여 상기 페라이트 부재(43b)들의 크기와 형상 등을 다양하게 변경할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부에서 형성되는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 2차 평면 공진기(43a)가 형성한 자기장의 분포는 상기 페라이트 부재(43b)에 의해 개구면(43c)에 대하여 수직 / 수평 방향의 벡터 성분을 가질 수 있다. 다만, 상기 개구면(43c)의 일측에서는 +Z 방향의 자기장 분포가, 타측에서는 -Z 방향 자기장 분포가 각각 형성되며 그 합이 '0'에 근접할 수 있다. 따라서 상기 2차 평면 공진기(43a)에서 형성된 자기장 분포는 실질적으로 상기 개구면(43c)에 평행할 수 있다. 상기와 같은 2차 평면 공진기(43a), 예컨대, 상기 개구면(43c)에 평행한 자기장 분포를 형성하는 평면 공진기는, 1차 평면 공진기(13)에 대하여 실질적으로 수직 방향으로 배치되는 수신부(21)(예: 전자 장치)에 탑재할 수 있다.

도 7은 통상적인 무선 전력 송수신 장치를 나타내는 구성도이다. 도 8은 통상적인 무선 전력 송수신 장치의 수신부에서 형성되는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 통상적인 무선 전력 송수신 장치(70)의 2차 평면 공진기(73)는 개구면에 대하여 수직 방향의 자기장 분포(Ht)를 형성할 수 있다. 이러한 2차 평면 공진기(73)가 탑재된 수신부(21)를 충전하고자 송신부(11)에 배치했을 때, 송신부(11)의 중앙에서 1차, 2차 평면 공진기(13, 73)의 자기장 분포(Ht, Hr)가 수직하게 배열되어 전력 송수신 효율이 급격하게 저하될 수 있다. 사용자는 직관적으로 충전하고자 하는 수신부를 송신부의 중앙에 배치하게 될 것이며, 이는 결국 무선 전력 송수신 효율을 악화시키게 될 것이다.

도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치의 전력 송수신 효율을 측정하여 나타내는 그래프이다.

도 9에서, 'P1', 'P2', 'P3', 'P4' 및 'P5'는 도 1, 도 4 및 도 7에 각각 도시된 수신부(21)의 위치를 나타내며, 'P'로 지시된 그래프는 도 7에 도시된 통상적인 무선 전력 송수신 장치(70)의 전력 송수신 효율을, 'E1'으로 지시된 그래프는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 장치(10)의 전력 송수신 효율을, 'E2'로 지시된 그래프는 도 4에 도시된 무선 전력 송수신 장치(40)의 전력 송수신 효율을 각각 나타낸다.

도 9를 참조하면, 2차 평면 공진기(23a, 43a, 73)가 1차 평면 공진기(11)에 대하여 수직 방향으로 배치될 경우, 통상적인 무선 전력 송수신 장치(예: 무선 전력 송수신 장치(70))의 전력 송수신 효율은 송신부(11)의 중앙, 즉, 'P3'로 지시된 지점에서 급격히 저하되어, 전력이 거의 전송되지 않음을 알 수 있다. 이는 앞서 언급한 바와 같이, 1차, 2차 평면 공진기가 각각 형성하는 자기장의 분포가 서로 수직하게 배열되기 때문이다. 이러한 통상적인 무선 전력 송수신 장치의 송신부 가장자리에 수신부가 배치됐을 때, 비교적 양호한 전력 송수신 효율을 확보할 수 있지만, 사용자가 직관적으로 수신부를 송신부의 중앙 부분에 거치하여 충전할 것임을 고려할 때, 양호한 전력 송수신 효율을 확보하기 어려울 것임은 자명하다.

본 발명의 실시예들에 따른 무선 송수신 장치(10, 40)의 전력 송수신 효율은, 송신부(11)의 중앙부, 예를 들면, P2, P3, P4 지점에 배치됐을 때 통상적인 무선 전력 송수신 장치보다 상당히 개선됨을 알 수 있다. 또한, 도 4와 도 5에 도시된 실시예에서와 같이, 페라이트 부재(23b, 43b)를 이용하여 수신측(또는 송신측) 평면 공진기에 배치하여 자기장의 분포를 개구면에 평행하게 형성할 경우, 송신부 상에서 수신부가 어떠한 지점에 배치되더라도 비교적 균일한 전력 전송 효율을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 평면 공진기의 구성예들을 각각 나타내는 도면이다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치에서, 1차 또는 2차 평면 공진기는 복수의 개구면을 가질 수 있다. 예컨대, 평면 공진기는 복수의 루프 안테나 또는 LC 공진 회로로 구현될 수 있다. 도 10은 유도성 성분을 가지는 와이어(wire)(23e)와 용량성 소자(23d)의 조합으로 이루어진 LC 공진 회로를 직렬로 연결한 구조를 예시하고 있다. 도 11은 유도성 성분을 가지는 와이어(wire)(23e)와 용량성 소자(23d)의 조합으로 이루어진 LC 공진 회로를 병렬로 연결한 구조를 예시하고 있다. 도 12는 와이어(wire)(23e)와 용량성 소자(23d)의 조합으로 이루어진 LC 공진 회로 한 쌍이 서로 나란하게 배치되면서 전기적으로 격리된 구조를 예시하고 있다.

상기와 같이 평면 공진기를 다양하게 구성하면서도, 페라이트 부재(23b, 43b)의 형상과 크기, 배치 위치에 따라, 평면 공진기가 형성하는 자기장의 분포를 원하는 방향으로 형성할 수 있다. 따라서 무선 전력 송수신을 위한 평면 공진기가 탑재되는 전자 장치의 디자인 또는 형상에 따라, 또한, 무선 전력 송수신을 수행하는 송/수신부의 상대적인 위치 관계에 따라, 페라이트 부재를 배치함으로써, 양호한 무선 전력 송수신 효율을 확보할 수 있다.

도 13은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치가 적용된 예를 나타내는 도면이다. 도 14는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부를 구현하는 전자 장치를 나타내는 도면이다. 도 15는 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부가 회로 기판에 탑재되는 구조를 예시하는 도면이다.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 상술한 무선 전력 송수신 장치(10, 40)의 송신부(11)는 무선 전력을 송신하는 충전 거치대(101)로, 수신부(21)는 신체 착용형 전자 장치(102)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 충전 거치대(101)와 신체 착용형 전자 장치(102)가 본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치를 구현할 수 있다.

상술한 송신부(11)의 1차 평면 공진기(13)가 상기 충전 거치대(101)의 하우징(111) 내측면에서 상면에 인접하게 장착될 수 있다. 상기 충전 거치대(101)는 별도의 케이블(113)을 통해 전원을 공급받아 상술한 1차 평면 공진기(13)를 통해 자기장을 형성할 수 있다. 상기 충전 거치대(101)는 상면이 평면으로 형성되며, 적절한 위치에 형성된 적어도 하나의 거치홈(115)을 포함할 수 있다. 무선 전력 수신이 가능한 전자 장치라면 상기 충전 거치대(101)의 상면에 놓여지거나, 상기 거치홈(115)에 장착되어 상기 충전 거치대(101)로부터 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 상기 충전 거치대(101)로부터 무선으로 공급되는 전력은 상기 전자 장치(102)(또는 상기 거치홈(115)에 장착된 전자 장치)의 배터리 팩(129)을 충전할 수 있다.

상기 전자 장치(102)는 신체 착용형(예를 들면, 손목 착용형) 전자 장치로서, 본체(121)의 양측에서 각각 연장된 착용 밴드(123)들을 포함할 수 있다. 상기 착용 밴드(123)들은 버클(125)에 의해 서로 결속됨으로써 상기 본체(121)를 사용자의 신체, 예를 들면, 손목에 착용할 수 있게 한다. 상기 본체(121)의 전면에는 디스플레이 장치(127)가 탑재될 수 있으며, 내부로 회로 기판(131)이 배치될 수 있다. 상술한 수신부(21)의 2차 평면 공진 안테나(23a)는 상기 회로 기판(131) 또는 착용 밴드(123), 상기 본체(121)의 가장자리 등에 배치될 수 있다. 도 13과 도 14에서, 참조번호 'V'는 각각 상기 2차 평면 공진 안테나(23a)가 배치될 수 있는 지점들을 예시하고 있다. 본 실시예에서, 상기 2차 평면 공진기(23a)는 상기 회로 기판(131)의 둘레에 배치된 구조를 예시하고 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 2차 평면 공진기(23a)는 루프 안테나의 구조를 가질 수 있으며, 상기 2차 평면 공진기(23a)의 양면에 각각 페라이트 부재(23b)가 배치될 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 전자 장치(102)가 상기 충전 거치대(101)의 상면에 배치되면, 상기 2차 평면 공진기(23a)가 상기 충전 거치대(101)의 상면에 대하여, 또한, 상술한 1차 평면 공진기(13)의 개구면에 대하여 수직하게 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 1차, 2차 평면 공진기(13, 23a)의 개구면이 서로에 대하여 수직할 수 있다. 1차 평면 공진기의 개구면에 대하여 2차 평면 공진기의 개구면이 수직하게 배치되는 통상적인 구조라면, 상기 본체(121)가 상기 충전 거치대(101)의 상면 중앙, 예컨대, 1차 평면 공진기(13)의 중앙에 인접하게 배치될 경우, 충전 효율(예를 들면, 무선 전력 송수신 효율)이 급격하게 저하될 수 있음을 도 9 등을 통해 살펴본 바 있다. 반면에, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 전송 장치(10, 40)는 수신부(21)(예: 상기 전자 장치(102))의 거치 상태를 고려하여 2차 평면 공진기(23a)에 페라이트 부재(23b)를 적절하게 배치함으로써, 안정된 전력 전송 효율을 확보할 수 있다.

도 16은 본 발명의 다양한 실시예들 중 다른 하나에 따른 무선 전력 송수신 장치의 수신부를 구현하는 전자 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.

상기 전자 장치(202)는 상술한 충전 거치대(101)를 통해 충전 전력을 공급받아, 내장된 배터리 팩을 충전할 수 있다. 예컨대, 상기 2차 평면 공진기(23a)가 상기 전자 장치(202)에 제공될 수 있다. 상기 충전 거치대(101)에 관해서는 선행 실시예에서 살펴본 바 있으므로, 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 16을 참조하면, 상기 전자 장치(202)는 사용자의 신체, 예컨대, 머리나 얼굴에 착용 가능한 디스플레이 장치로 구현될 수 있다. 사용자의 머리(예를 들어, 눈)와 인접한 영역에 투명(see-through) 디스플레이 유닛이 위치하고, 사용자의 귀와 인접한 영역에 스피커(미도시)가 위치하여 사용자에게 시각 정보 및 청각 정보를 제공할 수 있다. 상기 전자 장치(202)는 안경형 디스플레이 장치 또는 헬멧형 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 상기 전자 장치(202)는 콘텐츠를 표시하는 하나의 디스플레이 유닛(211a)을 가지는 단안형(monocular-type) 디스플레이 장치 또는 복수의 디스플레이 유닛(211a)을 가지는 양안형(binocular-type) 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 양안형 디스플레이 장치는 3차원 영상을 출력할 수 있다. 도시된 상기 전자 장치(202)는 양안형 디스플레이 장치를 포함하는 구성이지만, 복수의 디스플레이 유닛(211a) 중 하나만 선택적으로 동작시킬 수도 있다.

상기 전자 장치(202)는 광학 렌즈(211b), 상기 광학 렌즈(211b)의 일부분을 수용하는 제1 하우징(221), 배터리 팩을 수용하는 제2 하우징(233), 제1 하우징(221)과 제2 하우징(233)을 연결하는 하우징 연결부(231)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 장치(202)는 또 다른 광학 렌즈(211b)와, 또 다른 상기 광학 렌즈(211a)의 일부분을 수용하는 제3 하우징(221a), 배터리 팩을 수용하는 제4 하우징(233a), 제3 하우징(221a)과 제4 하우징(233a)을 연결하는 하우징 연결부(231a)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전자 장치(202)는 좌우 대칭으로 구성될 수 있다. 배터리 팩은 제1 하우징(221) 또는 제3 하우징(221a)에 내장될 수도 있다.

상기 하우징 연결부(231, 231a)는 탄성에 의해 휘어지는(flexible) 재질로 제작될 수 있으며, 상기 전자 장치(202)를 사용자의 머리에 착용할 수 있게 한다.

상기 전자 장치(202)는 상기 제1 하우징(221)과 제3 하우징(221a)을 연결하는 브리지(bridge)(213)를 포함할 수 있다.

상기 디스플레이 유닛(211a)은 상기 광학 렌즈(211b)의 전면에서부터 이격된 거리(예를 들어, 5 cm 이하)에 위치하거나 또는 상기 광학 렌즈(211a)의 후면에서부터 이격된 거리(예를 들어, 5 cm 이하)에 위치할 수 있다. 상기 디스플레이 유닛(211a)과 광학 렌즈(211b) 사이의 이격 거리는 상기 전자 장치(202)의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다.

상기 전자 장치(202)는 카메라 유닛(215)과 센서 유닛(217)을 포함할 수 있다. 상기 카메라 유닛(215)은 상기 제1 하우징(221), 제3 하우징(221a) 중 적어도 하나에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 하우징(221) 및 제3 하우징(221a) 중 하나 또는 상기 제1 하우징(221) 및 제3 하우징(221a)에 각각 위치할 수 있다. 또한, 상기 카메라 유닛(215)은 상기 브리지(213)에 위치할 수 있다.

상기 센서 유닛(217)은 상기 제1 하우징(221), 제3 하우징(221a) 중 적어도 하나에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서 유닛(217)은 상기 제1 하우징(221) 및 제3 하우징(221a) 중 하나 또는 상기 제1 하우징(221) 및 제3 하우징(221a)에 각각 위치할 수 있다. 또한, 상기 센서 유닛(217)은 상기 브리지(213)에 위치할 수 있다.

상기 전자 장치(202)의 제1 하우징(221)은 입력 장치로서 버튼(223)이나 터치 패드(225) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않지만, 상기 전자 장치(202)는 음향의 입출력을 위한 마이크 또는 스피커를 포함할 수 있다.

상기 2차 평면 공진기(23a)는 페라이트 부재와 함께 상기 광학 렌즈(211b), 제1 내지 제4 하우징(221, 233, 221a, 233a), 하우징 연결부(231, 231a) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 도 16에서 참조번호 'V'는 상기 2차 평면 공진기(23a)가 배치될 수 있는 지점들을 예시하고 있다. 상기 2차 평면 공진기(23a)가 상기 광학 렌즈(211a)에 배치된다면, 상기 2차 평면 공진기(23a)는 투명한 전극이나 도선을 포함하는 인듐-주석 산화물(Induim-Tin Oxide; ITO) 필름으로 구현될 수 있다. 상기 전자 장치(202)가 복수의 배터리 팩을 내장하고 있다면, 상기 2차 평면 공진기(23a)는 각각의 배터리 팩에 대응하게 복수로 제공될 수 있다.

페라이트 부재와 함께 상기 전자 장치(202)에 제공된 2차 평면 공진기(23a)는, 상기 전자 장치(202)가 상기 충전 거치대(101)에 놓여졌을 때, 상기 1차 평면 공진기(13)의 개구면에 대하여 경사진 또는 수직한 방향으로 자기장을 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 2차 평면 공진기(23a)가 상기 광학 렌즈(211b)에 배치된다면, 상기 전자 장치(202)가 상기 충전 거치대(101)에 거치되었을 때, 상기 2차 평면 공진기(23a)의 개구면은 대체로 상기 충전 거치대(101)에 배치된 1차 평면 공진기(13)의 개구면에 대하여 수직 방향으로 위치될 수 있다. 상기 전자 장치(202)는 상기 2차 평면 공진기(23a)와 함께 페라이트 부재를 구비함으로써, 상기 충전 거치대(101)에 거치되었을 때, 상기 2차 평면 공진기(23a)가 생성하는 자기장의 방향을 상기 1차 평면 공진기(13)의 개구면에 대하여 경사지게 또는 수직하게 제작될 수 있다. 이로써, 상기 전자 장치(202) 상기 충전 거치대(101) 상에서 어떤 위치에 놓여지더라도 충전 전력을 상기 충전 거치대(101)로부터 안정적으로 공급받을 수 있다.

상기 제1 내지 제4 하우징(221, 233, 221a, 233a) 중 어느 하나에 수용된 배터리 팩은 상기 2차 평면 공진기(23a)에 접속될 수 있으며, 상기 충전 거치대(101)로부터 공급된 충전 전력은 상기 2차 평면 공진기(23a)를 통해 수신되어 배터리 팩을 충전할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 복수의 배터리 팩이 서로 다른 하우징에 각각 배치된 경우, 상기 2차 평면 공진기(23a) 또한 복수로 배치되어 충전 전력을 공급받아 각각에 대응하는 배터리 팩을 충전할 수 있다.

상기와 같이 신체 착용형 전자 장치(102, 202)는 평면에 일정 방향으로 놓여질 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 손목에 착용하는 전자 장치(102)는 본체(121)의 한 측면과 착용 부재(123)들이 평면에 지지되는 상태로 놓여질 수 있다. 아울러, 도 16에 도시된 바와 같이, 머리에 착용하는 전자 장치(202)는 광학 렌즈(211b)의 하단과, 제2, 제4 하우징(233, 233a)이 평면에 지지되는 상태로 놓여질 수 있다.

형상에 따라 각각의 전자 장치가 평면에 놓여지는 방향은 서로 다를 수 있지만, 하나의 전자 장치가 평면에 놓여질 때 놓여지는 방향 등은 충분히 예상할 수 있다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 기능이 탑재된 전자 장치의 형상 등을 고려하여, 2차 평면 공진기와 페라이트 부재를 적절하게 배치할 수 있다. 예컨대, 2차 평면 공진기가 배치되는 하우징 등의 형상과 위치에 따라 2차 평면 공진기와 페라이트 부재의 형상, 크기를 다양하게 변경할 수 있으며, 이를 통해 2차 평면 공진기가 생성하는 자기장의 방향을 설정하여 안정된 무선 전력 송수신 효율을 확보할 수 있다.

도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신 장치의 송신부를 구현하는 충전 거치대를 나타내는 단면 구성도이다.

도 17을 참조하면, 충전 거치대(101)에 공진기 모듈(33)을 배치하여 무선 전력 송수신 장치의 송신부(예: 상기 송신부(11))를 구현할 수 있다. 상기 충전 거치대(101)는 선행 실시예 등을 통해 살펴본 바 있으므로, 본 실시예에서 상기 충전 거치대(101)의 그 구체적인 구성 등에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 공진기 모듈(33)은, 평면 공진기(33a)와 페라이트 부재(33b)들을 포함할 수 있다. 상기 평면 공진기(33a)는 루프 안테나 또는 LC 공진 회로에 의해 구현될 수 있으며, 임피던스 매칭을 위한 집중 소자들을 포함할 수 있고, 상기 충전 거치대(101)의 하우징(111) 내에서 상기 충전 거치대(101)의 상면에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 평면 공진기(33a)의 개구면은 상기 충전 거치대(101)의 상면과 평행하게 배치될 수 있으며, 상기 평면 공진기(33a)는 전력을 공급받아 상기 충전 거치대(101)의 상면에 수직하는 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.

상기 페라이트 부재(33b)는 상기 평면 공진기(33a)의 일측 영역에서는 상면에, 타측 영역에서는 하면에 각각 부착될 수 있다. 상기 페라이트 부재(33b)들이 상기 평면 공진기(33a)의 상면과 하면에서 각각 서로 어긋나게 배치됨으로써, 상기 평면 공진기(33a)가 형성하는 자기장이 상기 평면 공진기(33a)의 개구면(또는 상기 충전 거치대(101)의 상면)에 대하여 경사지는 방향으로 분포될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기 모듈(33)은 상기 충전 거치대(101)의 상면에 대하여 경사진 방향으로 분포된 자기장을 형성할 수 있다. 따라서 상기 공진기 모듈(33)은 상기 충전 거치대(101)의 상면에 대하여 평행한 성분의 자기장과 수직하는 성분의 자기장을 모두 형성할 수 있다.

선행 실시예들에서, 페라이트 부재는 수신부에 해당하는 2차 평면 공진기에 배치되는 구성이 예시된 바 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도 17에 도시된 바와 같이, 페라이트 부재가 송신부에 해당하는 충전 거치대, 예컨대, 1차 평면 공진기에 제공될 수 있다. 따라서 상기 충전 거치대(101)의 공진기 모듈(33)이 형성하는 자기장이 상기 충전 거치대(101)의 상면에 경사지게 분포할 수 있다.

수신부에 해당하는 전자 장치(예: 상기 신체 착용형 전자 장치(102))가 2차 평면 공진기를 포함하고 있다면, 상기 충전 거치대(101)의 상면에 거치되어 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 선행 실시예에서 살펴본 전자 장치는 2차 평면 공진기를 포함할 수 있으며, 2차 평면 공진기는 1차 평면 공진기에 의해 발생된 자기장에 의해 공진하여 유도 전류를 생성할 수 있다. 전자 장치는 2차 평면 공진기가 생성한 유도 전류로부터 전원을 공급받아 작동하거나, 내장된 배터리 팩을 충전할 수 있다.

2차 평면 공진기가 개구면에 대하여 수직하는 방향으로 분포하는 자기장에 의해 공진하고, 2차 평면 공진기의 개구면이 상기 충전 거치대(101)의 상면과 평행한 상태로 전자 장치가 거치된다면, 상기 1차 평면 공진기가 형성하는 자기장의 수직 성분(예: 상기 충전 거치대(101)의 상면에 수직 방향으로 분포하는 성분)에 의해 2차 평면 공진기가 유도 전류를 생성할 수 있다. 2차 평면 공진기가 개구면에 대하여 수직하는 방향으로 분포하는 자기장에 의해 공진하고, 2차 평면 공진기의 개구면이 상기 충전 거치대(101)의 상면과 수직한 상태로 전자 장치가 거치된다면, 상기 1차 평면 공진기가 형성하는 자기장의 수평 성분(예: 상기 충전 거치대(101)의 상면에 평행한 방향으로 분포하는 성분)에 의해 2차 평면 공진기가 유도 전류를 생성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 송신부 측에 배치되는 공진기 모듈의 자기장 분포를 수신부가 거치되는 면(예: 상기 충전 거치대(101)의 상면)에 대하여 경사지게 할 수 있다. 이를 통해 2차 평면 공진기가 구비된 다양한 형태의 전자 장치에 무선으로 전력을 공급, 송신하는 것이 가능하다.

2차 평면 공진기가, 선행 실시예들과 유사하게, 개구면에 대하여 경사진 방향으로 분포하는 자기장에 의해 공진하더라도, 상기 충전 거치대(101)의 상면에 위치하여 유도 전류를 생성할 수 있다. 다만, 2차 평면 공진기가 공진을 일으킬 수 있는 자기장 방향이, 1차 평면 공진기가 발생시킨 자기장의 분포 방향과 수직을 이루는 경우, 무선 전력 송수신 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 이는 송신부를 이루는 충전 거치대와 수신부를 이루는 전자 장치를 설계, 제작함에 있어, 그 거치 방향 등을 고려하여 페라이트 부재를 평면 공진기에 적절하게 배치함으로써, 양호한 무선 전력 송수신 효율을 확보할 수 있다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

10: 무선 전력 송수신 장치 11: 송신부
13: 1차 평면 공진기 21: 수신부
23: 공진기 모듈 23a: 2차 평면 공진기
23b: 페라이트 부재

Claims (16)

1. 무선 전력 송수신 장치에 있어서,
   개구면을 형성하게 제공되고, 상기 개구면에 대하여 적어도 수직 방향의 자기장(magnetic field; H-field)을 발생시키는 적어도 하나의 평면 공진기; 및
   상기 평면 공진기의 일부 영역에 장착되는 적어도 하나의 페라이트 부재를 포함하고,
   상기 평면 공진기는 전력을 공급받아 자기장을 형성하거나, 외부 자기장에 의해 공진하여 유도 전류를 생성하고,
   상기 페라이트 부재는 상기 평면 공진기가 발생시키는 자기장을 상기 개구면에 대하여 경사지게 또는 평행하게 하는 무선 전력 송수신 장치.
   
2. 제1 항에 있어서, 상기 페라이트 부재는,
   상기 평면 공진기의 일면에서 일측 영역에, 상기 평면 공진기의 타면에서 타측 영역에 각각 장착되어 서로 어긋나게 배치된 무선 전력 송수신 장치.
   
3. 제1 항에 있어서, 상기 페라이트 부재는,
   상기 평면 공진기의 일면에서 양측 가장자리에 인접하게 각각 배치됨과 아울러, 상기 평면 공진기의 타면에서 중앙부 영역에 배치되는 무선 전력 송수신 장치.
   
4. 제1 항에 있어서, 상기 평면 공진기가 루프 안테나와 LC 공진 회로 중 어느 하나로 이루어진 무선 전력 송수신 장치.
   
5. 제1 항에 있어서, 복수의 상기 평면 공진기가 직렬 또는 병렬로 배열된 무선 전력 송수신 장치.
   
6. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   또 다른 개구면을 형성하게 제공되고, 또 다른 상기 개구면에 대하여 적어도 수직 방향의 자기장을 발생시키는 제2 평면 공진기를 더 포함하고,
   상기 평면 공진기와 상기 제2 평면 공진기가 전자계 결합(electromagnetic field coupling)을 형성하는 무선 전력 송수신 장치.
   
7. 제6 항에 있어서, 상기 평면 공진기와 제2 평면 공진기 중 하나가 전력을 송신하고, 상기 평면 공진기와 상기 제2 평면 공진기 중 다른 하나가 송신된 전력을 수신하는 무선 전력 송수신 장치.
   
8. 제6 항에 있어서, 상기 평면 공진기의 자기장이 상기 제2 평면 공진기의 자기장에 대하여 경사지거나 평행한 방향으로 위치하도록, 상기 평면 공진기가 상기 제2 평면 공진기 상에 배치되는 무선 전력 송수신 장치.
   
9. 제1 항에 있어서,
   신체 착용형 전자 장치; 및
   충전 거치대를 더 포함하고,
   상기 평면 공진기는 상기 전자 장치와 충전 거치대 중 적어도 하나에 제공되며,
   상기 전자 장치는 상기 충전 거치대에 거치되어 충전 전력을 공급받는 무선 전력 송수신 장치.
   
10. 제9 항에 있어서, 상기 전자 장치는 배터리 팩을 포함하고, 상기 평면 공진기가 상기 전자 장치에 제공되어 상기 배터리 팩으로 충전 전력을 공급하는 무선 전력 송수신 장치.
    
11. 제9 항에 있어서, 상기 충전 거치대는 상면이 평면으로 이루어지고, 상면에 형성된 적어도 하나의 거치홈을 포함하는 무선 전력 송수신 장치.
    
12. 제9 항에 있어서, 상기 전자 장치는 본체와, 상기 본체로부터 연장된 착용 밴드를 포함하는 신체 착용형 전자 장치이고,
    상기 평면 공진기는 상기 본체의 내부에 배치된 회로 기판, 상기 본체의 가장자리, 상기 착용 밴드 중 어느 하나에 제공된 무선 전력 송수신 장치.
    
13. 제9 항에 있어서, 상기 전자 장치는 디스플레이 유닛과 광학 렌즈, 배터리 팩을 수용한 적어도 하나의 하우징을 포함하는 머리나 얼굴에 착용 가능한 디스플레이 장치이고,
    상기 평면 공진기가 상기 페라이트 부재와 함께, 상기 광학 렌즈와 하우징 중 어느 하나에 배치된 무선 전력 송수신 장치.
    
14. 제9 항에 있어서, 상기 전자 장치는,
    한 쌍의 광학 렌즈;
    상기 광학 렌즈들 중 하나의 일부분을 수용한 제1 하우징;
    하우징 연결부를 통해 상기 제1 하우징에 연결된 제2 하우징;
    상기 광학 렌즈들 중 다른 하나의 일부분을 수용한 제3 하우징; 및
    제2의 하우징 연결부를 통해 상기 제3 하우징에 연결된 제4 하우징을 포함하고,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 하우징 중 적어도 하나가 배터리 팩을 내장하고,
    상기 페라이트 부재와 함께 상기 평면 공진기가 상기 광학 렌즈들, 제1, 제2, 제3 및 제4 하우징, 하우징 연결부, 제2 하우징 연결부 중 적어도 하나에 배치된 전자 장치.
    
15. 제14 항에 있어서, 상기 제1, 제3 하우징은 브릿지를 통해 서로 연결된 전자 장치.
    
16. 제14 항에 있어서, 상기 전자 장치는 복수의 배터리 팩을 포함하며, 복수의 상기 평면 공진기가 각각의 배터리 팩에 대응하게 배치된 전자 장치.

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