KR20170128884A - 무선 충전 장치 - Google Patents

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KR20170128884A
KR20170128884A KR1020160059493A KR20160059493A KR20170128884A KR 20170128884 A KR20170128884 A KR 20170128884A KR 1020160059493 A KR1020160059493 A KR 1020160059493A KR 20160059493 A KR20160059493 A KR 20160059493A KR 20170128884 A KR20170128884 A KR 20170128884A
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황병욱
박현민
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(주)오라컴디스플레이
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    • H04B5/263—
    • H04B5/79—

Abstract

무선 충전장치는 보울(Bowl) 형상을 갖는 외벽부 및 상기 외벽부의 바닥으로부터 상부로 연장되어 원기둥 형상을 갖는 내벽부를 포함하는 하우징, 상기 외벽부에 배치되고, 상기 외벽부를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장되는 제1 코일 및 상기 내벽부에 배치되는 제2 코일을 포함한다.

Description

무선 충전 장치{WIRELESS CHARGING DEVICE}
본 발명은 무선 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신 코일이 송신 코일에 대해 수평 방향 및 수직 방향에 위치해도 충전이 가능하고, 무선 충전 장치의 어느 위치에서도 충전이 가능한 무선 충전 장치에 관한 것이다.
휴대전화, PDA(PersoNal Digital AssistaNts) 또는 스마트 워치 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시킴으로 인하여 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 별도의 충전 커넥터에 의한 연결없이, 휴대폰을 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 상기 무선 충전 기술은 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등에 적용되어 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(ResoNaNce)을 이용하는 공진 방식으로 구분될 수 있다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
공진 방식은 2005년 MIT의 "Soljacic" 교수에 의해 "Coupled Mode Theory"으로서 발표되었으며, 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템이다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resoNaNce)이라는 소리 굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
그러나, 이러한 무선 충전 기술은 일반적으로 송신 코일과 수신 코일이 수평대 수평으로 올려질 때 충전이 가능하다. 따라서, 스마트 워치와 같이 수직으로 세워지는 단말기의 경우 충전이 어려울 수 있다.
또한, 충전 장치의 모든 위치에서 충전이 가능하지 않은 경우도 있고, 충전이 가능하더라도 위치에 따라 충전 효율이 현저히 떨어지는 경우가 발생하게 된다. 즉, 충전 장치가 단말기보다 큰 경우, 충전기의 모든 위치에서 최적의 충전이 이루어 질 수 없게된다. 이를 해결하기 위해 단말기가 놓이를 위치를 감지하여 코일을 이동시키거나, 단말기가 놓여지는 위치의 코일에 전압을 인가하는 방식이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 무선 충전 장치는 구조가 복잡해지고 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2011-0034773호
한국공개특허 제10-2011-0052972호
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 수신 코일이 송신 코일에 대해 수평 방향 및 수직 방향에 위치해도 충전이 가능하고, 충전 장치의 어느 위치에서도 충전이 가능한 무선 충전 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 무선 충전장치는 보울(Bowl) 형상을 갖는 외벽부 및 상기 외벽부의 바닥으로부터 상부로 연장되어 원기둥 형상을 갖는 내벽부를 포함하는 하우징, 상기 외벽부에 배치되고, 상기 외벽부를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장되는 제1 코일 및 상기 내벽부에 배치되는 제2 코일을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 코일은 상기 내벽부를 따라 일정한 간격을갖는 나선형으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 코일은 교차에 의해 정의되는 복수의 자기장 블록들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 자기장 블록들은 3면의 코일로 둘러싸이는 제1 내지 제4 밀폐 블록들, 상기 제1 내지 제4 밀폐 블록들 사이에 배치되고, 3면의 코일로 둘러싸이고 1면이 개방되는 제1 내지 제4 오픈 블록들 및 4면의 코일로 둘러싸이는 제5 밀폐 블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 자기 공진식 충전 방식을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 코일은 자기 공진식 충전 방식을 이용하고, 상기 제2 코일은 자기 유도식 충전 방식을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 서로 독립적으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 충전 장치의 코일은 보울(Bowl) 형상의 갖는 제1 코일(110)과 보울의 중심에 형성되는 제2 코일을 포함한다. 따라서, 상기 보울 내에서 입체적인 자기장을 형성할 수 있으므로, 수신 코일을 충전기 내부 임의의 위치에 배치하더라고 효율적인 충전이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일을 나타내는 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일에 형성되는 자기장의 방향을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일에 수신 코일이 위치하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제2 코일을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제2 코일을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제2 코일을 나타내는 상면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일을 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일을 나타내는 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일을 나타내는 상면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는 코일(100) 및 코일이 배치되는 하우징(300)을 포함한다.
상기 하우징(300)은 보울(Bowl) 형상을 갖는 외벽부(310) 및 상기 외벽부(310)의 바닥으로부터 상부로 연장되어 원기둥 형상을 갖는 내벽부(320)를 포함한다.
상기 코일은 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)을 포함한다. 상기 제1 코일(110)은 상기 하우징(300)의 외벽부(310)에 배치된다. 상기 제1 코일(110)은 상기 외벽부(310)를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장될 수 있다. 상기 제1 코일(110)은 보울(Bowl) 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 코일(120)은 상기 하우징(300)의 내벽부(320)에 배치된다. 상기 제2 코일(120)은 상기 내벽부(320)를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장될 수 있다. 상기 제2 코일(120)은 원기둥 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)은 일체로 형성될 수 있다. 상기 제2 코일(120)은 상기 제1 코일(110)의 끝단으로부터 연장될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)은 서로 분리되어 독립적으로 형성될 수 도 있다. 상기 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)은 자기 공진식 충전 방식을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일에 형성되는 자기장의 방향을 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일 및 제2 코일에 수신 코일이 위치하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일은 제1 코일(110) 및 제2 코일(120)을 포함하며, 상기 제2 코일(120)은 원기둥 형상을 갖는다. 따라서, 상기 제2 코일(120)의 상부 방향으로 자기장 방향(FD)이 입체적으로 형성될 수 있다. 따라서, 보울(Bowl) 형상의 갖는 제1 코일(110) 내부 어느 곳에서도 수신 코일로 전력이 효율적으로 전송될 수 있으므로, 단말기를 충전기 내부 임의의 위치에 배치하더라고 효율적인 충전이 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 단말기의 수신 코일들(11, 12, 13)이 무선 충전 장치에 위치하는 상태들이 도시된다.
비교적 크기가 큰 단말기의 수신 코일(11)의 경우 무선 충전 장치 위에 수평으로 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 코일(110) 및 상기 제2 코일(120)에서 입체적으로 형성되는 자기장으로 인해 단말기의 수신 코일(11)로 전력이 효율적으로 전송될 수 있다.
비교적 크기가 작은 단말기의 수신 코일들(12, 13)은 상기 제1 코일(110) 및 상기 제2 코일(120)에 수직 방향으로 위치할 수 있다. 도 1을 참조하면, 비교적 크기가 작은 단말기의 수신 코일들(12, 13)은 외벽부(310)와 내벽부(320) 사이에 수직 방향으로 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 코일(110) 및 상기 제2 코일(120)에서 입체적으로 형성되는 자기장으로 인해 단말기의 수신 코일들(12, 13)로 전력이 효율적으로 전송될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제1 코일을 나타내는 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제2 코일을 나타내는 사시도이다.
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 코일은 제1 코일(1110) 및 제2 코일(1120)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 코일은 도 7의 제1 코일(1110)과 도 8의 제2 코일(1120)이 결합된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 코일(1110)은 상기 외벽부(310)를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장될 수 있다. 상기 제1 코일(1110)은 보울(Bowl) 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 코일(1120)은 상기 하우징(300)의 내벽부(320)에 배치된다. 상기 제2 코일(1120)은 상기 내벽부(320)를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장될 수 있다. 상기 제2 코일(1120)은 원기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 코일(1110) 및 제2 코일(1120)은 서로 분리되어 독립적으로 형성된다. 본 실시예에서, 상기 제1 코일(1110)은 자기 공진식 충전 방식을 이용하고, 상기 제2 코일(1120)은 자기 유도식 충전 방식을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제2 코일을 나타내는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제2 코일을 나타내는 상면도이다.
도 1, 도 7, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 코일은 제1 코일(1110) 및 제2 코일(1120)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 코일은 도 7의 제1 코일(1110)과 도 9의 제2 코일(1120)이 결합된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 코일(1110)은 상기 외벽부(310)를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장될 수 있다. 상기 제1 코일(1110)은 보울(Bowl) 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 코일(1120)은 상기 하우징(300)의 내벽부(320)에 배치된다. 상기 제2 코일(1120)은 교차에 의해 정의되는 복수의 자기장 블록들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코일(1120)은 3 면의 코일로 둘러싸이는 제1 내지 제4 밀폐 블록들(CB1, CB2, CB3 및 CB4), 상기 제1 내지 제4 밀폐 블록들(CB1, CB2, CB3 및 CB4) 사이에 각각 배치되고, 3면의 코일로 둘러싸이고 1면이 개방되는 제1 내지 제4 오픈 블록들(OB1, OB2, OB3 및 OB4) 및 4 면의 코일로 둘러싸이는 제5 밀폐 블록(CB5)을 포함할 수 있다.
상기 제2 코일(1120)의 상기 제1 밀폐 블록(CB1)은 상기 제2 밀폐 블록(CB2)과 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 밀폐 블록(CB1)은 상기 제4 밀폐 블록(CB4)과 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 자기장 블록들은 서로 180도 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 코일(1110) 및 제2 코일(1120)은 서로 분리되어 독립적으로 형성된다. 본 실시예에서, 상기 제1 코일(1110)은 자기 공진식 충전 방식을 이용하고, 상기 제2 코일(1120)은 자기 유도식 충전 방식을 이용하여 충전을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 코일(1110) 및 상기 제2 코일(1120)은 모두 자기 공진식 충전 방식을 이용하여 충전을 수행할 수 도 있다.
본 발명에 따르면, 무선 충전 장치의 코일은 보울(Bowl) 형상의 갖는 제1 코일(110)과 보울의 중심에 형성되는 제2 코일을 포함한다. 따라서, 상기 보울 내에서 입체적인 자기장을 형성할 수 있으므로, 수신 코일을 충전기 내부 임의의 위치에 배치하더라고 효율적인 충전이 수행될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 제1 코일 120: 제2 코일
310: 외벽부 320: 내벽부
CB1, CB2, CB3, CB4, CB5: 제1 내지 제5 밀폐 블록
OB1, OB2, OB3, OB4: 제1 내지 제4 오픈 블록

Claims (8)

  1. 보울(Bowl) 형상을 갖는 외벽부 및 상기 외벽부의 바닥으로부터 상부로 연장되어 원기둥 형상을 갖는 내벽부를 포함하는 하우징;
    상기 외벽부에 배치되고, 상기 외벽부를 따라 일정한 간격을 갖는 나선형으로 연장되는 제1 코일; 및
    상기 내벽부에 배치되는 제2 코일을 포함하는 무선 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일은 상기 내벽부를 따라 일정한 간격을갖는 나선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일은 교차에 의해 정의되는 복수의 자기장 블록들을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 자기장 블록들은
    3면의 코일로 둘러싸이는 제1 내지 제4 밀폐 블록들;
    상기 제1 내지 제4 밀폐 블록들 사이에 배치되고, 3면의 코일로 둘러싸이고 1면이 개방되는 제1 내지 제4 오픈 블록들; 및
    4면의 코일로 둘러싸이는 제5 밀폐 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 자기 공진식 충전 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일은 자기 공진식 충전 방식을 이용하고, 상기 제2 코일은 자기 유도식 충전 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 서로 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.


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