KR20170000876A

KR20170000876A - 휴대단말기용 무선 충전모듈

Info

Publication number: KR20170000876A
Application number: KR1020150089726A
Authority: KR
Inventors: 박종진; 신현석; 이재석
Original assignee: 주식회사 아이엠텍
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2017-01-04
Also published as: KR101706628B1

Abstract

본 발명은 휴대단말기(200)가 메탈 분위기로 변화되는 트랜드에 맞추어 백커버(10)가 메탈로 이루어질 경우 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 가지도록 하여 무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)의 전류에 의한 자기장이 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 전방위로 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시켜 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리(20)의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있는 휴대단말기용 무선 충전모듈에 관한 것이다.

Description

휴대단말기용 무선 충전모듈{WIRELESS CHARGING MODULE FOR PORTABLE ELECTRONIC APPLIANCE}

본 발명은 휴대단말기용 무선 충전모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메탈 분위기로 변화되는 휴대단말기의 트랜드에 맞추어 백커버가 메탈로 이루어질 경우 유도홀 및 오픈홀을 가지도록 하여 무선송신 충전패드의 송신코일의 전류에 의한 자기장이 유도홀 및 오픈홀을 통해 인입 및 인출되면서 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성케 하여 배터리의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있도록 한 휴대단말기용 무선 충전모듈에 관한 것이다.

일반적으로 휴대단말기는 스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북, PDA 등이 있고, 이러한 휴대단말기는 배터리의 전원으로 동작된다.

휴대단말기의 선행기술문헌으로서 공개특허 제2013-0113222호(안테나 및 이를 구비한 이동 단말기)를 소개할 수 있다.

도 1은 선행기술문헌과 관련된 이동 단말기의 블록 구성도(block diagram)이다.

이동 단말기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다.

무선 통신부(110)는 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 및 위치정보 모듈(115) 등을 포함할 수 있고, A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 카메라(121)와 마이크(122) 등이 포함될 수 있으며, 사용자 입력부(130)는 이동 단말기(100)의 전·후면 또는 측면에 위치하는 버튼(136), 터치 센서(정압/정전)(137)로 구성될 수 있다.

센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무, 이동 단말기의 방위, 이동 단말기의 가속/감속 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시키고, 근접 센서(141)를 포함할 수 있으며, 출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 알람부(153) 및 햅틱 모듈(154) 등이 포함될 수 있다.

메모리부(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 전화번호부, 메시지, 오디오, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.

인터페이스부(170)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(170)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(170)에 포함될 수 있다.

제어부(controller)(180)는 통상적으로 이동 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(181)을 구비할 수도 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

전원 공급부(190)는 예를 들어 배터리, 연결포트, 전원공급제어부 및 충전모니터링부를 포함할 수 있다.

도 2는 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면 사시도이다.

도 2를 참조하면, 단말기 바디의 후면 즉, 리어 케이스(102)에는 카메라(121')가 추가로 장착될 수 있다. 카메라(121')에 인접하게는 플래쉬(123)와 거울(124)이 추가로 배치될 수 있다. 플래쉬(123)는 카메라(121')로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향해 빛을 비추게 된다.

도 3은 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면후면커버(103)를 분리하여 리어 케이스의 표면을 도시한 후면 사시도이다.

도 3을 참조하면, 프론트 케이스(101), 리어 케이스(102), 후면커버(또는 배터리 커버)(103), 카메라(121'), 인터페이스(170), 마이크(122), 음향출력부(152'), 배터리(191), 배터리 장착부(104), USIM카드 장착부(105), 메모리카드 장착부(106)가 도시되어 있다.

리어 케이스(102) 표면에는 배터리 장착부(104), USIM카드 장착부(105) 및 메모리카드 장착부(106)와 같은 외장부품이 실장될 수 있는 공간을 구비할 수 있다. 일반적으로 리어 케이스(102)의 표면에 실장되는 외장부품은 이동 단말기(100)의 기능이 다양화되고 다양해진 소비자의 요구를 충족시키기 위해 이동 단말기(100)의 기능을 확장할 수 있도록 하기 위함이다.

안테나(200)는 이동 단말기(100)의 기능이 다양화되면서 외부 장치 및 서버와 무선 통신을 할 필요성이 높아졌다. 예를 들면, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 방송정보를 수신하기 위한 안테나(200)나, Wibro, HSDPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE 등 무선인터넷을 위한 안테나(200), 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 근거리 무선통신을 위한 안테나(200) 등이 필요하다.

이러한 안테나(200)는 전파의 수신을 위해 넓은 면적에 형성하는 것이 바람직하고 다른 전자부품들의 영향을 받지 않기 위해 이동 단말기(100)의 표면 쪽에 위치함이 바람직하다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 일반적으로 전자부품이 실장 되지 않아 넓은 면적을 확보할 수 있는 후면커버(103)에 안테나(200)를 배치한다.

도 4는 선행기술문헌에 따른 안테나(200)가 이동 단말기(100)의 후면커버(103)에 부착된 것을 도시한 평면도이다.

선행기술문헌의 안테나(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연성기판(210), 2가지 종류의 패턴, 자성시트(230)를 주요구성으로 한다.

패턴은 크게 2가지 종류로 고주파용 패턴(220)과 저주파용 패턴(225)으로 구분된다. 즉, 서로 다른 주파수 대역을 이용하는 것을 특징으로 하며, 고주파용 패턴(220)은 무선통신에 적합하고, 저주파용 패턴(225)은 주로 배터리의 무선충전에 적합하다.

이동 단말기(100)에 이용되는 무선충전기술은 전자기 유도 원리를 이용한다.

전자기 유도는 전류를 흘려 자기장을 형성하고, 그 위에 이동 단말기(100)를 놓으면 이동 단말기(100)에 장착된 저주파용 패턴, 즉 무선 충전용 코일(225)에 전류가 흘러 충전이 된다.

전송하는 전력량에 따라 주파수가 달라질 수 있으나, 일반적으로 이동 단말기(100)와 같은 소형 가전제품에 이용되는 전력은 수백 ㎑이하로 비교적 낮은 주파수를 이용한다.

무선통신은 이동 단말기(100)의 기능이 다양화되면서, 전화통화를 위한 전파의 전송 이외에 NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 등의 기능을 위해서도 안테나가 필요하다. 특히 무선통신 기술에 따라 이용하는 주파수는 다르며, 많은 양의 데이터를 전송하기 위해 무선 충전에 이용되는 주파수에 비해 상대적으로 고주파를 이용한다.

선행기술문헌의 무선 통신용 안테나(200)가 이용되는 통신 방식의 예로 근거리 무선통신(NFC: Near Field Communication)을 들 수 있다. 근거리 무선통신은 전자태그(RFID)의 일종으로 약 13.56㎒ 주파수 대역을 이용하는 비접촉식 무선통신 모듈이다.

10㎝의 가까운 거리에서 단말기(100) 간의 데이터를 전송하는 기술로서, 통신거리가 짧기 때문에 상대적으로 보안이 우수하고 가격이 저렴해 주목받는 차세대 근거리 통신기술이다. 데이터 읽기와 쓰기를 모두 이용할 수 있으며, 블루투스처럼 기기간에 설정이 필요 없어 최근 이동 단말기(100)에 근거리 무선통신 기능을 부가하고 있다.

무선충전을 위해서는 충전장치에 적치되는 이동 단말기(100)의 위치에 관계없이 충전이 잘 이루어지도록 이동 단말기(100)에 넓게 무선 충전용 코일(225)이 배치되는 것이 필요하다.

또한, 근거리 무선통신의 경우도 통신을 위해 리더기에 근접시키기 때문에 안테나(225)의 위치에 따라 통신이 원활하게 이루어지지 않을 수 있기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이 넓은 면적에 균일하게 고주파용 패턴(220)이 배치된다.

즉, 무선충전이나 근거리 무선통신 모두 가까운 거리에서 이루어지는 것이므로, 원거리 통신을 위한 안테나에 비해 넓은 면적에 고르게 분포하여야 하며, 상술한 바와 같이 후면커버(103)에 배치된다.

무선 충전용 코일(225)과 무선 통신용 안테나(225)가 같은 위치에 배치되면 서로 간섭이 일어날 수 있으므로, 외측의 제1 영역과 내측의 제2 영역으로 나누어 각각 배치할 수 있다.

도면상에는 제1 영역에 고주파용 패턴(220)이 제2 영역에 저주파용 패턴(225)이 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 서로 위치가 바뀔 수도 있다. 상기 패턴들은 넓은 면적을 커버하기 위해 소용돌이 모양으로 형성된다.

그런데, 선행기술문헌과 관련된 이동 단말기는 후면커버(103)가 메탈로 이루어질 경우 무선 충전용 코일(225)에 유도전류가 흐를 수가 없어 무선충전이 전혀 실현될 수 없는 문제점이 발생된다.

이러한 문제점은 최근 휴대단말기가 메탈로 변경되는 트랜드를 따라갈 수 없는 한계를 낳게 된다.

대한민국 공개특허 10-2013-0113222

본 발명의 목적은 무선송신 충전패드의 송신코일의 전류에 의한 자기장이 메탈로 이루어진 휴대단말기의 백커버의 유도홀 및 오픈홀을 통해 인입 및 인출되면서 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성토록 하여 배터리의 무선 충전효율을 보장할 수 있는 휴대단말기용 무선 충전모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 유도홀로부터 외곽에 이르기까지 오픈홀을 절곡시키면서 뚫어 그 길이가 길면 길수록 송신코일의 전류에 의해 발생된 자기장의 통로를 상대적으로 더 많이 확보되도록 하여 전방위로 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있는 휴대단말기용 무선 충전모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 메탈로 이루어진 백커버에 유도홀 및 오픈홀을 구비시키면서 수신코일 아래에 자성시트를 배치시켜 무선 충전효율을 보장할 수 있는 휴대단말기용 무선 충전모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 메탈 분위기로 변화되는 휴대단말기의 트랜드에 맞추어 백커버가 메탈로 이루어질 경우 유도홀 및 오픈홀을 가지도록 하여 무선송신 충전패드의 송신코일의 전류에 의한 자기장이 유도홀 및 오픈홀을 통해 전방위로 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있는 휴대단말기용 무선 충전모듈을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

무선송신 충전패드의 송신코일에 연동되는 수신코일을 통해 충전되는 배터리를 보호함과 동시에 메탈로 이루어진 백커버를 지닌 휴대단말기를 포함하는 휴대단말기용 무선 충전모듈에 있어서,

상기 백커버는 상기 휴대단말기에 내장된 상기 수신코일을 센터링 마주할 수 있도록 뚫려진 유도홀과,

상기 유도홀로부터 외곽에 이르기까지 뚫려진 오픈홀을 구비하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

본 발명은 무선송신 충전패드의 송신코일의 전류에 의한 자기장이 메탈로 이루어진 휴대단말기의 백커버의 유도홀 및 오픈홀을 통해 인입 및 인출되면서 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리의 무선 충전효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 유도홀로부터 외곽에 이르기까지 오픈홀을 절곡시키면서 뚫어 그 길이가 길면 길수록 송신코일의 전류에 의해 발생된 자기장의 통로를 상대적으로 더 많이 확보하여 전방위로 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 메탈로 이루어진 백커버에 유도홀 및 오픈홀을 구비시키면서 수신코일 아래에 자성시트를 배치시켜 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 휴대단말기가 메탈 분위기로 변화되는 트랜드에 맞추어 백커버가 메탈로 이루어질 경우 유도홀 및 오픈홀을 가지도록 하여 무선송신 충전패드의 송신코일의 전류에 의한 자기장이 유도홀 및 오픈홀을 통해 전방위로 휴대단말기의 수신코일을 링크시켜 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 선행기술문헌과 관련된 이동 단말기의 블록 구성도.
도 2는 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면 사시도.
도 3은 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면후면커버를 분리하여 리어 케이스의 표면을 도시한 후면 사시도.
도 4는 선행기술문헌에 따른 안테나가 이동 단말기의 후면커버에 부착된 것을 도시한 평면도.
도 5a는 본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도.
도 5b는 본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 송신코일 및 수신코일을 나타내는 원리도.
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도.
도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도.
도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도.
도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 평면 및 이면 개념도.
도 8a는 본 발명의 제3실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도.
도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 평면 개념도.
도 9a는 본 발명의 제3실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 자성시트, 수신코일 및 백커버를 나타내는 평면도 및 측면도.
도 9b는 본 발명의 제4실시예에 따른 휴대단말기용 백커버가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 자성시트, 수신코일 및 백커버를 나타내는 평면도 및 측면도.
도 10a는 본 발명의 제3실시예에 따라 백커버가 메탈로 이루어지면서 유도홀 및 오픈홀이 있는 경우와 종래 기술에 따라 백커버가 합성수지나 플라스틱으로 이루어진 경우의 수신코일 및 송신코일 상호간 2.8㎜에서 삽입손실을 나타내는 그래프로.
도 10b는 본 발명의 제3실시예에 따라 백커버가 메탈로 이루어지면서 유도홀 및 오픈홀이 있는 경우와 본 발명의 제1실시예에 따라 백커버가 메탈로 이루어지면서 유도홀 및 오픈홀이 모두 없는 경우의 수신코일 및 송신코일 상호간 2.8㎜에서 삽입손실을 나타내는 그래프.
도 10c는 본 발명의 제1실시예에 따라 백커버가 메탈로 이루어지면서 유도홀 및 오픈홀이 모두 없는 경우와 본 발명의 제2실시예에 따라 백커버가 메탈로 이루어지면서 유도홀만 있는 경우의 수신코일 및 송신코일 상호간 2.8㎜에서 삽입손실을 나타내는 그래프.

본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.

스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 휴대단말기(200)는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리(20)로 구동되며, 이러한 배터리(20)를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하게 된다.

최근 무선 충전 또는 무접점 충전기술이 개발되어 많은 전자기기에 활용되고 있고, 이러한 무선 충전기술은 무선전력 송수신을 이용한 것으로서 예를 들어 휴대단말기(200)를 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 단지 무선송신 충전패드(100)에 근접시키기만 하면 자동으로 배터리(20)가 충전이 될 수 있도록 되어 있다.

무선 충전기술에는 크게 송신코일(TX) 및 수신코일(RX)을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation)방식이 있다.

현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.

전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)과 휴대단말기(200)의 수신코일(RX) 상호간의 전력을 전송하는 방식으로 송신코일(TX)에서 자기장을 발생시키고 수신코일(RX)에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어난 장점을 지닌다.

전자기 유도방식은 가장 실용화가 많이 이루어져 있는 방식으로 다양한 기기에 응용되고 있으며, 이러한 응용기술 중 휴대단말기용 무선 충전모듈이라 할 수 있는 WPT(Wireless Power Transfer)는 전자기 유도원리, 즉 유도자계 원리에 따라 무선송신 충전패드(100)에 전류를 흘려 자기장을 형성하고 그 위에 휴대단말기(200)를 놓아 저주파 대역, 즉 100∼200㎑ 주파수 대역 또는 6MHz 주파수 대역에서 배터리(20)를 충전할 수 있도록 설계된 것이다.

도 5a는 본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 송신코일(TX) 및 수신코일(RX)을 나타내는 원리도이다.

본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈은 예를 들어 스마트 폰과 같은 휴대단말기(200)를 무선송신 충전패드(100) 위에 접촉시킨 상태에서 무선송신 충전패드(100)에 전원을 공급하여 그 송신코일(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하고, 이 자기장은 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)로 하여금 유도전류를 만들 수 있도록 하여 배터리(20)를 충전케 한다. 이때, 휴대단말기(200)의 백커버(10)는 통상의 것과 마찬가지로 플라스틱이나 합성수지로 이루어진 경우이다.

도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도이고[설명상의 편의를 위하여 백커버(10)를 경계로 송신코일(TX)을 위에 배치하고 수신코일(RX)을 아래에 배치함], 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이 휴대단말기(200)의 백커버(10)가 메탈로 이루어질 경우 무선송신 충전패드(100)에 전원을 공급하여 그 송신코일(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하지만, 이 자기장은 메탈로 이루어진 백커버(10)를 투과하지 못하기 때문에 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)이 유도전류를 만들지 못하여 배터리(20)의 충전을 실현할 수 없게 된다.

도 6b의 백커버(10)의 표면에 표시된 점선화살표는 송신코일(TX)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도된 백커버(10)의 표면 전류밀도를 나타내는 것인데, 송신코일(TX)의 전류방향과 반대되는 전류(Eddy Current)가 발생될 경우 자계를 약화시켜 결국 백커버(10)의 이면에 나타난 바와 같이 수신코일(RX)로의 유도전류를 전혀 만들지 못하여 결국 배터리(20)의 충전을 실현할 수 없게 된다.

도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도이고[설명상의 편의를 위하여 백커버(10)를 경계로 송신코일(TX)을 위에 배치하고 수신코일(RX)을 아래에 배치함], 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 평면 및 이면 개념도이다.

도 7a에 도시된 바와 같이 휴대단말기(200)의 백커버(10)가 메탈로 이루어짐과 동시에 유도홀(11)을 지닌 상태에서 무선송신 충전패드(100)에 전원을 공급하여 그 송신코일(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하는데, 이 자기장은 메탈로 이루어진 백커버(10)를 투과하지 못하는 대신 유도홀(11)을 통해 극히 일부가 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크(Link)시켜 유도전류를 형성케 함으로써 배터리(20)를 미량(5％ 내외)으로 충전할 수 있게 된다.

도 7b의 백커버(10)의 표면에 표시된 점선화살표는 송신코일(TX)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도된 백커버(10)의 표면 전류밀도를 나타내는 것인데, 송신코일(TX)의 전류방향과 반대되는 전류를 발생시키면서 자계를 약화시키는 대신 유도홀(11)을 통한 극히 일부의 자기장만이 백커버(10)의 이면에 나타난 바와 같이 유도되어 수신코일(RX)로의 유도전류를 미량(5％ 내외)으로 링크시켜 결국 배터리(20)의 충전을 원활하게 실현치 못하는 됨을 확인할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 제3실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 측면 개념도이고[설명상의 편의를 위하여 백커버(10)를 경계로 송신코일(TX)을 위에 배치하고 수신코일(RX)을 아래에 배치함], 도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 평면 개념도이다.

도 8a에 도시된 바와 같이 휴대단말기(200)의 백커버(10)가 메탈로 이루어짐과 동시에 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 지닌 상태에서 무선송신 충전패드(100)에 전원을 공급하여 그 송신코일(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하는데, 이 자기장은 메탈로 이루어진 백커버(10)를 투과하지 못하는 대신 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 전방위로 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시켜 유도전류를 형성케 함으로써 배터리(20)를 충분히 충전할 수 있도록 한다.

이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈은 제3실시예와 같이 무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)에 연동되는 수신코일(RX)을 통해 충전되는 배터리(20)를 보호함과 동시에 메탈로 이루어진 백커버(10)를 지닌 휴대단말기(200)를 포함하고, 백커버(10)는 휴대단말기(200)에 내장된 수신코일(RX)을 센터링 마주할 수 있도록 뚫려진 유도홀(11)과, 이 유도홀(11)로부터 외곽에 이르기까지 뚫려진 오픈홀(12)을 핵심 구성으로 포함하며, 이때 오픈홀(12)은 유도홀(11)로부터 외곽에 이르기까지 직선형으로 뚫려질 수 있다.

도 8b의 화살표 1(a1)은 백커버(10)의 표면에 표시된 것으로 송신코일(TX)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도되어 백커버(10)의 표면 전류밀도 및 전류방향[송신코일(TX)을 바라보는 백커버(10) 표면에 흐르는 전류방향]을 나타내고, 화살표 2(a2)는 송신코일(TX)에 마주보는 백커버(10)의 표면에 유도된 전류가 오픈홀(12)을 통해 수신코일(RX)이 마주보는 백커버(10)의 이면으로 흐르는 전류방향을 나타내고, 화살표 3(a3)은 오픈홀(12)을 경유하여 넘어오는 전류가 수신코일(RX)이 바라보는 백커버(10)의 이면에 흐르는 전류방향을 나타내고, 인입점 I(I)는 송신코일(TX)에 흐르는 전류가 수신코일(RX)이 마주보는 백커버(10)의 이면으로 들어가는 전류를 나타내고, 인출점 O(O)는 백커버(10)의 수신코일(RX)에 흐르는 전류가 송신코일(TX)이 마주보는 백커버(10)의 표면으로 나오는 전류를 나타내는데, 총체적으로 보면 무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장이 발생하고, 이 자기장은 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 전방위로 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시켜 강한 유도전류를 형성케 함으로써 배터리(20)의 무선 충전효율을 보장할 수 있게 되는 것이다.

도 9a는 본 발명의 제3실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 자성시트(30), 수신코일(RX) 및 백커버(10)를 나타내는 평면도 및 측면도이고, 도 9b는 본 발명의 제4실시예에 따른 휴대단말기(200)용 백커버(10)가 메탈인 경우의 휴대단말기용 무선 충전모듈을 설명하기 위한 자성시트(30), 수신코일(RX) 및 백커버(10)를 나타내는 평면도 및 측면도이다.

휴대단말기(200)에서 배터리(20)의 무선충전 구현하는 수신코일(RX)은 대부분의 경우에 금속[배터리(20)] 가까이 또는 위 나아가 다수의 전자부품 근처에 설치된다. 이때 금속이나 전자부품은 수신코일(RX)이 유도전류를 받는 것을 방해하게 되는데, 즉 수신코일(RX)이 금속 가까이 설치되어 있으면 많은 현상들이 일어나는데, 금속은 수신코일(루프패턴; RX)의 인덕턴스(Inductance)를 감소시키기 때문이고, 이에 따라 Q지수(Q-factor)를 떨어뜨려 자기유도를 변하게 하며, 더 나아가 자기장이 금속 내에서 와전류(Eddy Current)까지 유도하게 된다.

와전류는 렌즈법칙(Lenz's Law)에 따라 반대 방향의 자기장을 생성하고, 이것은 근거리 무선충전 시스템에서 큰 문제가 되고 있다.

예를 들어, 수신코일(RX)을 금속[배터리(20)] 표면 가까이에 놓으면 수신코일(RX)의 성능은 급격히 감소한다. 왜냐하면 자기장이나 전기장 바로 밑에 존재하는 금속의 그라운드 면이 이들 전자기장의 세기, 즉 신호의 세기를 크게 감소시키고, 따라서 수신코일(RX)의 충전효율을 방해하기 때문이다.

이러한 커뮤니케이션의 저하나 실패를 막기 위한 가장 단순하고 쉬운 해결책은 수신코일(RX)과 금속 표면 사이에 공간을 두는 것이다.

자기장에 의해 금속 내 와류전류가 발생하고, 이에 따라 반대방향의 자기장이 생성되는 것을 막기 위한 좀 더 효과적인 방법은 높은 저항가 및 높은 투자율을 지닌 물질을 이용해서 자기장을 금속으로부터 멀리 벗어나도록 하는 것이다. 즉, 높은 투자율을 갖는 자성시트(Magnet Sheet; 30)를 수신코일(RX)과 금속 사이에 설치하는 것이 필요한 것이다.

이 자성시트(30)는 자기장을 집중시키고, 수신코일(RX)과 금속 사이의 유효거리를 크게 하는 작용을 하게 된다.

더욱 구체적으로, 자성시트(30)를 수신코일(RX)과 금속 사이에 놓으면 자기장을 유도해서 금속의 와전류를 유도하지 않게 한다. 즉, 자기장은 자성시트(30) 안에 전달되고 자성시트(30)의 높은 저항은 와전류의 생성을 막는다. 결과적으로 반대방향의 자기장은 생성되지 않고 수신코일(RX)의 유도전류를 방해하지 않게 되는 것이다.

이에 따라 본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈은 수신코일(RX) 아래에 자성시트(30)를 더 배치시키는 것이 바람직하게 된다.

한편, 오픈홀(12)은 도 9b에 나타난 바와 같이 유도홀(11)로부터 외곽에 이르기까지 절곡되면서 뚫려질 수 있고, 이러한 유도홀(11)은 길이가 길면 길수록 송신코일(TX)의 전류에 의해 발생된 자기장의 통로를 상대적으로 더 많이 확보하여 전방위로 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시켜 유도전류를 형성케 함으로써 배터리(20)를 더욱 효율적으로 충전할 수 있도록 하여 바람직하고, 본 발명에서는 이러한 오픈홀(12)의 형상에는 크게 제한되지 않는 것으로 한다[유도홀(11)의 형상 또한 제한되지 않는 것은 물론이다].

이와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 휴대단말기용 무선 충전모듈은 무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)에 전류가 흐를 경우 발생되는 자기장이 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시키면서 유도전류를 형성케 함과 동시에 배터리(20)를 충전시킬 수 있도록 하는 것이다.

도 10a는 본 발명의 제3실시예에 따라 백커버(10)가 메탈로 이루어지면서 유도홀(11) 및 오픈홀(12)이 있는 경우와 종래 기술에 따라 백커버(10)가 합성수지나 플라스틱으로 이루어진 경우의 수신코일(RX) 및 송신코일(TX) 상호간 2.8㎜에서 삽입손실을 나타내는 그래프로서 WPT(Wireless Power Transfer)의 저주파 대역에서 삽입손실 약 -5dB로서 동일하게 양호함을 확인할 수 있다.

도 10b는 본 발명의 제3실시예에 따라 백커버(10)가 메탈로 이루어지면서 유도홀(11) 및 오픈홀(12)이 있는 경우와 본 발명의 제1실시예에 따라 백커버(10)가 메탈로 이루어지면서 유도홀(11) 및 오픈홀(12)이 모두 없는 경우의 수신코일(RX) 및 송신코일(TX) 상호간 2.8㎜에서 삽입손실을 나타내는 그래프로서, WPT의 저주파 대역에서에서 본 발명의 제3실시예의 삽입손실은 -10dB로서 양호하나 본 발명의 제2실시예의 삽입손실은 -60∼-50dB로서 현저하게 떨어짐을 확인할 수 있다.

도 10c는 본 발명의 제1실시예에 따라 백커버(10)가 메탈로 이루어지면서 유도홀(11) 및 오픈홀(12)이 모두 없는 경우와 본 발명의 제2실시예에 따라 백커버(10)가 메탈로 이루어지면서 유도홀(11)만 있는 경우의 수신코일(RX) 및 송신코일(TX) 상호간 2.8㎜에서 삽입손실을 나타내는 그래프로서, WPT의 저주파 대역에서 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예의 삽입손실이 -52dB로서 현저하게 떨어짐을 확인할 수 있다.

결국, 휴대단말기(200)가 메탈 분위기로 변화되는 트랜드에 맞추어 백커버(10)가 메탈로 이루어질 경우 본 발명의 제3실시예에서처럼 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 가지도록 하고, 이에 따라 무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)의 전류에 의한 자기장이 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 전방위로 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시켜 유도전류를 형성케 함으로써 배터리(20)의 무선 충전효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북, PDA 및 각종 가전제품 등에 쓰여지는 휴대단말기 분야에 이용될 수 있다.

100 : 무선송신 충전패드 TX : 송신코일
200 : 휴대단말기 RX : 수신코일
10 : 백커버 11 : 유도홀
12 : 오픈홀 20 : 배터리
30 : 자성시트 a1 : 화살표 1
a2 : 화살표 2 a3 : 화살표 3
I : 인입점 I O : 인출점 O

Claims

무선송신 충전패드(100)의 송신코일(TX)에 연동되는 수신코일(RX)을 통해 충전되는 배터리(20)를 보호함과 동시에 메탈로 이루어진 백커버(10)를 지닌 휴대단말기(200)를 포함하는 휴대단말기용 무선 충전모듈에 있어서,
상기 백커버(10)는 상기 휴대단말기(200)에 내장된 상기 수신코일(RX)을 센터링 마주할 수 있도록 뚫려진 유도홀(11)과,
상기 유도홀(11)로부터 외곽에 이르기까지 뚫려진 오픈홀(12)을 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기용 무선 충전모듈.
제1항에 있어서,
상기 오픈홀(12)은 상기 유도홀(11)로부터 외곽에 이르기까지 직선형으로 뚫려진 것을 특징으로 하는 휴대단말기용 무선 충전모듈.
제1항에 있어서,
상기 오픈홀(12)은 상기 유도홀(11)로부터 외곽에 이르기까지 절곡되면서 뚫려진 것을 특징으로 하는 휴대단말기용 무선 충전모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 에 있어서,
상기 무선송신 충전패드(100)의 상기 송신코일(TX)에 전류가 흐를 경우 발생되는 자기장이 상기 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 상기 휴대단말기(200)의 수신코일(RX)을 링크시키면서 유도전류를 형성케 하여 상기 배터리(20)를 충전시키는 것을 특징으로 하는 휴대단말기용 무선 충전모듈.
제4항에 있어서,
상기 수신코일(RX) 아래에 자성시트(30)가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대단말기용 무선 충전모듈.