KR20180074142A - 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것을 이용한 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

멀티 모드 안테나 모듈 및 그것을 이용한 무선 전력 송신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것이 장착된 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 사용되는 멀티 모드 안테나 모듈은, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄되어 배치되는 근거리 통신 안테나, 및 상기 근거리 통신 안테나와 상기 무선 전력 송신 장치의 동작을 제어하는 제어 회로 기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하는 근거리 통신 안테나 모듈; 및 상기 근거리 통신 안테나와 중첩되지 않도록 배치되고 상기 커넥터를 통해 상기 제어 회로 기판에 전기적으로 연결되는 무선 전력 송신 안테나가 포함된 무선 전력 송신 안테나 모듈을 포함할 수 있다.

Description

멀티 모드 안테나 모듈 및 그것을 이용한 무선 전력 송신 장치{MULTI-MODE ANTENNA MODULE AND WIRELESS POWER TRANSMITTER USING THE SAME}
본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 상세하게 무선 충전 및 근거리 무선 통신을 위한 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것이 장착된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 챠량, IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
일반적으로, 무선 전력 송신 장치에는 무선 전력 전송을 위한 코일-이하, 송신 코일이라 명함-이 구비되고, 무선 전력 수신 장치에는 무선 전력을 수신하기 위한 안테나-이하, 수신 코일이라 명함-이 구비된다.
또한, 최근에는 근거리 무선 통신 및 무선 충전 기능이 탑재된 전자 기기가 출시되고 있으며, 그에 따라 통합된 안테나 모듈에 연구가 활발히 진행되고 있다.
이와 관련하여 한국공개특허번호 10-2015-0028042 "멀티모드 무선전력 수신기기 및 그 무선전력 수신방법"에는 NFC 통신과 멀티 모드 무선 충전이 가능한 무선 전력 수신기가 개시된 바 있다.
하지만, 종래의 멀티 모드 무선 전력 수신 장치의 안테나는 안테나 사이의 간섭 현상을 고려하지 않아, 무선 충전 효율 및 근거리 무선 통신의 인식 성능이 열화되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것을 이용한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안테나 사이의 간섭 현상을 최소화시킴으로써 무선 충전 효율 및 인식 성능을 극대화시키는 것이 가능한 멀티 모드 안테나 모듈 및 해당 멀티 모드 안테나 모듈이 장착되는 무선 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나 사이의 간섭 현상을 최소화시키면서도 차량등 흔들림이 많은 환경에서도 본래의 성능을 유지할 수 있는 멀티 모드 안테나 모듈 및 해당 멀티 모드 안테나 모듈이 장착되는 무선 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것이 장착된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 사용되는 멀티 모드 안테나 모듈은, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄되어 배치되는 근거리 통신 안테나, 및 상기 근거리 통신 안테나와 상기 무선 전력 송신 장치의 동작을 제어하는 제어 회로 기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하는 근거리 통신 안테나 모듈; 및 상기 근거리 통신 안테나와 중첩되지 않도록 배치되고 상기 커넥터를 통해 상기 제어 회로 기판에 전기적으로 연결되는 무선 전력 송신 안테나가 포함된 무선 전력 송신 안테나 모듈을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 근거리 통신 안테나의 내경은 상기 무선 전력 송신 안테나의 외경 이상일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 근거리 통신 안테나 모듈은, 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈의 상부에 부착될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 근거리 통신 안테나는 상기 무선 전력 송신 안테나와 상기 커넥터 사이에 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 근거리 통신 안테나 모듈은, 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈의 하부에 부착될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 근거리 통신 안테나는 상기 인쇄 회로 기판의 양면에 패턴 인쇄되고, 상기 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍을 통해 상기 양면에 인쇄된 패턴이 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈은, 상기 무선 전력 송신 안테나가 삽입되는 수용부, 및 상기 무선 전력 송신 안테나의 리드선이 삽입되는 리드선 삽입홀을 포함하는 코일 프레임을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 코일 프레임은 강화 플라스틱의 단일 사출물일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 근거리 통신 안테나 모듈 및 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈 사이에 배치되는 차폐재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 사용되는 멀티 모드 안테나 모듈은, 무선 전력 송신 안테나가 삽입되는 공간을 제공하는 제1 수용부, 및 근거리 통신 안테나가 상기 무선 전력 송신 안테나와 중첩되지 않도록 배치되어 삽입되는 공간을 제공하는 제2 수용부를 포함하는 코일 프레임; 및 상기 무선 전력 송신 안테나 및 상기 근거리 통신 안테나와, 상기 무선 전력 송신 장치의 동작을 제어하는 제어 회로 기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것을 이용한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 최적의 구조로 모듈화된 안테나 모듈에 복수 개의 안테나를 삽입, 부착하는 간단한 공정 만으로 최적의 성능을 가지는 무선 전력 송신 장치의 제작이 가능하다.
또한, 모듈화를 통해 다양한 형태의 어플리케이션(예컨대, 차량용 무선 전력 송신기, 핸드폰 충전용 무선 전력 송신기 등)에 공용으로 적용 가능한 안테나 모듈의 제공이 가능하다.
아울러, 차량용 무선 전력 송신기와 같이 흔들림 내지 충격이 많은 환경에서도 본래의 구조 및 기능을 상실하지 않는 무선 전력 송신 장치의 제작이 가능하다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈의 일 단면을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 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.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신기(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신기(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 전자기기(30)에는 충전용 배터리인 부하(미도시)가 장착될 수 있으며, 수신된 전력은 전자기기(30)의 부하에 충전될 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수로 신호를 변조하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.
인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신기(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신기(20)에 수신되면, 무선 전력 수신기(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)를 무선 전력 송신기(10)으로 전송할 수 있다.
다른 일예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 주파수를 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20) 사이에 교환되는 정보는 식별 정보, 구성 정보, 상태 정보 및 각종 제어 정보 등을 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 세부 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
무선 충전 시스템에서의 통신은 전이중 방식의 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신기(20)이 무선 전력 송신기(10)으로만 정보를 전송하는 통신 방식일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(10)이 무선 전력 수신기(20)으로 정보를 전송하는 통신 방식일 수도 있다.
반이중 양방향 통신 방식은 무선 전력 수신기(20)과 무선 전력 송신기(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 통신 방식일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(20)는 무선 전력 수신을 위한 전력 수신 안테나뿐만 아니라 NFC(Near Field Communication) 또는 RFID(Radio Frequency Identification) 통신 안테나, 블루투스 통신 안테나 등과 같은 근거리 무선 통신을 위한 근거리 통신 안테나 및 금융, 결재 등과 같은 보안 통신을 위한 보안 통신 안테나 등을 포함하여 구성될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 크게 멀티 모드 안테나 모듈(210), 제어 회로 기판(220) 및 배터리(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
멀티 모드 안테나 모듈(210)은 복수의 안테나와 커넥터를 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 안테나는 무선 전력 송신을 위한 무선 전력 송신 안테나(211) 및 근거리 무선 통신을 위한 근거리 통신 안테나(212)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 목적에 따라 안테나(보안 통신을 위한 보안 통신 안테나 등)가 추가될 수도 있다. 또한, 커넥터(213)는 안테나 리드선을 체결시키기 위해 구성될 수 있다. 안테나 사이의 간섭을 최소화시키고 인쇄 회로 기판상에서 소자의 배치 면적을 최소화시키기 위해 복수의 연결 단자가 물리적으로 이격되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 무선 전력 송신 안테나(211)의 리드선과 근거리 통신 안테나(212)의 리드선이 커넥터(213)에 체결되는 것을 예를 들어 설명하기로 한다.
무선 전력 송신 안테나(211), 근거리 통신 안테나(212) 및 커넥터(213) 간의 위치 관계와 전기적인 연결에 대한 실시예는 후술할 도면들을 통해 보다 명확해질 것이다.
제어 회로 기판(220)에 구비된 전력 송신부(221)는 무선 전력 송신 장치(200)의 배터리(230)로부터 전력을 공급받아, 무선 전력 송신 안테나(211)를 통해 송출될 수 있는 무선 전력 신호로 변환하여 커넥터(213)를 통해 무선 전력 송신 안테나(211)에 전달할 수 있다.
전력 송신부(221)는 배터리(230)로부터 출력된 직류 전압을 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 특정 직류 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(미도시), 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하는 인버터(미도시), 등의 하드웨어 소자뿐만 아니라 소정 소프트웨어가 탑재되어 실시간 전력 송수신 상태를 모니터링하여 전력 제어를 수행하는 마이크로 프로세서 또는 제어기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신 장치(200)가 무선 전력 수신 장치와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 전력 송신부(221)는 제어기(미도시), 제어기에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 인밴드 통신을 통해 무선 전력 수신 장치에 전송하는 변조기(미도시), 수신된 전력 신호로부터 소정 상태 정보 및 제어 신호를 복호하는 복호기(미도시), 등을 포함하여 구성될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치(200)가 무선 전력 수신 장치와 대역외 통신을 수행하는 경우, 전력 수신부(221)는 별도 구비된 대역외 통신 안테나(미도시)를 통해 수신되는 각종 제어 신호를 복조하고, 내부 생성된 제어 신호를 변조한 후 대역외 통신 안테나를 통해 변조된 신호가 송출되도록 제어하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 물론, 대역외 통신 안테나로 근거리 통신 안테나(212)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 전력 송신부(221)는 무선 전력 송신 장치(200)의 현재 전력 송신 상태, 내부 온도 등에 따라 동적으로 무선 전력 수신 장치에 전달하는 전력량을 제어할 수 있다.
근거리 통신 안테나(212)를 통해 송수신되는 무선 신호는 커넥터(213)를 통해 제어 회로 기판(220)에 탑재된 근거리 통신부(222)로부터 전달되거나 근거리 통신부(222)에 전달될 수 있다.
근거리 통신부(222)는 제어기(미도시), 수신된 무선 신호를 복호하여 제어기로 전달하는 복호기(미도시), 제어기(미도시)에 의해 생성된 메시지를 무선 신호로 변조하여 커넥터(213)를 통해 근거리 통신 안테나(212)에 전달하는 변조기(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 근거리 통신부(222)는 NFC 신호를 처리할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 블루투스 통신 신호 등을 더 처리할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 멀티 모드 안테나 모듈(300)은 근거리 통신 안테나 모듈(310) 및 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)을 포함하여 구성될 수 있다.
근거리 통신 안테나 모듈(310) 및 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)은 각각 근거리 통신 안테나(212) 및 무선 전력 송신 안테나(211)를 포함하고, 무선 전력 송신 장치(200)의 동작을 제어하는 구성들을 포함하는 제어 회로 기판(220)에 연결될 수 있도록 모듈화된 장치를 의미한다.
근거리 통신 안테나 모듈(310)은 인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board)으로 구현될 수 있으며, 인쇄 회로 기판의 외곽 영역에 패턴 인쇄되어 배치된 근거리 통신 안테나(311) 및 인쇄 회로 기판의 일측에 배치된 커넥터(312)를 포함하여 구성될 수 있다.
근거리 통신 안테나(311) 및 커넥터(312)는 각각 도 2의 근거리 통신 안테나(212) 및 커넥터(213)에 해당할 수 있다.
근거리 통신 안테나(311)는 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)의 무선 전력 송신 안테나(321)와 중첩되지 않도록 인쇄 회로 기판의 외곽 영역의 외곽에 배치될 수 있다. 즉, 근거리 통신 안테나(311)의 내경은 무선 전력 송신 안테나(321)의 외경 이상이 되도록 설정될 수 있다.
근거리 통신 안테나(311)는 인쇄 회로 기판의 단면 또는 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 양면에 패턴 인쇄될 경우 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 근거리 통신 안테나(311)의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 근거리 통신 안테나(311)의 수신 감도가 향상될 수 있다.
근거리 통신 안테나(311)의 내측 말단과 외측 말단에는 각각 리드선이 형성될 수 있고, 일측 리드선(또는 외측 리드선) 및 타측 리드선(또는 내측 리드선)은 각각 커넥터(312)의 일 연결 단자에 전기적으로 연결될 수 있다(도 3에서는 가장 좌측의 두 연결 단자에 연결됨). 여기서, 근거리 통신 안테나(311)의 리드선 및 커넥터(312)의 연결 단자가 배치되는 위치는 저항 성분을 줄일 수 있도록 근거리 통신 안테나(311)와 커넥터(312)의 연결을 위한 전선의 길이가 최소화되도록 배치될 수 있다.
커넥터(312)는 근거리 통신 안테나(311)와 무선 전력 송신 안테나(321)가 외부(예컨대, 멀티 모드 안테나 모듈(300)의 하부)의 제어 회로 기판에 연결될 수 있도록 하기 위한 전기적으로 연결된 상부 단자와 하부 단자를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 상부는 무선 전력 수신 장치가 놓일 수 있는 인터페이스 표면에 상대적으로 가까운 쪽을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신 안테나 모듈(320)은 무선 전력 송신 안테나(321) 및 코일 프레임(324)을 포함할 수 있다. 코일 프레임(324)은 단일 사출물로서 강화 플라스틱으로 구현될 수 있고, 무선 전력 송신 안테나(321)를 외부의 충격 및 파손으로부터 보호하면서도 멀티 모드 안테나 모듈(300)의 전체적인 중량을 감소시킬 수 있으며, 코일 프레임(324)은 무선 전력 송신 안테나(321)가 삽입될 수 있도록 무선 전력 송신 안테나(321)에 상응하는 면적 및 두께를 가진 공간을 제공하는 수용부를 포함할 수 있다.
도 3에는 상기 수용부 내에 무선 전력 송신 안테나(321)가 삽입된 상태가 도시되어 있다. 도 3에는 무선 전력 송신 안테나(321)의 개수가 1개일 때의 실시예가 도시되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 무선 전력 송신 안테나(321)는 3개의 안테나 코일로 구현될 수 있으며 이때 상부에 두 개의 안테나 코일들이 삽입될 수 있고 하부에 하나의 안테나 코일이 상부의 두 개의 안테나 코일들과 적어도 일부가 중첩되어 삽입될 수 있도록 수용부가 구현될 수도 있다.
무선 전력 송신 안테나 모듈(320)에 무선 전력 송신 안테나(321)가 삽입될 때, 고정을 위해 별도의 접착시트(예컨대, 양면 테이프)에 의한 방식, 접착력 및 절연성을 갖는 합성 수지의 도포 방식(본딩(bonding) 방식) 등이 이용될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
무선 전력 송신 안테나(321)는 나선 형태로 전선이 감긴 코일로 구현될 수 있으며, 상기 전선의 단면은 도전 물질(예컨대, 구리(Cu))과 상기 도전 물질을 감싸는 절연 물질을 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 안테나 모듈(320)은 무선 전력 송신 안테나(321)의 내측 및 외측 리드선이 끼워질 수 있도록 공간을 제공하는 리드선 삽입 홀(322)을 포함할 수 있다. 이러한 리드선은 커넥터(312)의 연결 단자에 각각 전기적으로 연결되어 제어 회로 기판(220)에 연결될 수 있다.
도 3에서 리드선 삽입 홀(322)은 6개의 홀을 포함하도록 도시되어 있고, 무선 전력 송신 안테나(321)의 리드선이 삽입되는 홀을 제외한 4개의 홀은 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)에 포함된 온도 센서 등의 리드선을 위한 것일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신 안테나 모듈(320)은 무선 전력 송신기의 다른 구성(예를 들어, 제어 회로 기판)과의 결착을 위한 고정 수단(예를 들어, 볼트 또는 너트)이 삽입될 수 있도록 마련된 고정홀(323)을 포함할 수 있다.
근거리 통신 안테나 모듈(310)과 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)의 부착시 근거리 통신 안테나 모듈(310)과 무선 전력 송신 안테나 모듈(320) 사이의 고정을 위해 별도의 접착시트(예컨대, 양면 테이프)에 의한 방식, 접착력 및 절연성을 갖는 합성 수지의 도포 방식(본딩(bonding) 방식) 등이 이용될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
또한, 근거리 통신 안테나 모듈(310)과 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)의 사이에는 근거리 통신 안테나 모듈(310) 에 포함된 안테나에서 발생된 자기장을 차폐하여, 상기 자기장이 제어 회로 기판으로 전달되는 것을 차단할 수 있는 차폐재(미도시)가 포함될 수 있다. 이때, 상기 차폐재는 무선 전력 송신 안테나(321)와는 중첩되지 않도록 하는 형상을 가지고 배치될 수 있다. 차폐재는 페라이트 시트(ferrite sheet)로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
무선 전력 송신 안테나 모듈(320)의 하부에는 근거리 통신 안테나 모듈(310)과 무선 전력 송신 안테나 모듈(320) 각각에 포함된 안테나에서 발생된 자기장을 차폐하는 차폐재(미도시), 상기 안테나에서 발생된 열을 외부로 방출될 수 있도록 하는 방열판의 기능을 수행하는 금속 시트(미도시)가 부착될 수 있다.
근거리 통신 안테나(311)의 내측 및 외측 리드선이 연결되는 커넥터(312)의 연결 단자의 위치는 도 3에 도시된 것에 한정되지 않으며, 코일 프레임(324)의 구조, 근거리 통신 안테나(311)의 형태 등에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈에 의하면, 무선 전력 송신 안테나 모듈(320)만을 공급할 수 있고, 적용 분야 및 개발 방향에 따라서 근거리 통신 안테나 모듈(310)을 부착하여 공급할 수도 있다. 이렇게 모듈화된 안테나 모듈을 제작함으로써 다양한 개발 요구에 대하여 대응을 용이하고 유연하게 할 수 있으며, 이에 따른 개발 기간 단축 및 개발 비용 감소의 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 멀티 모드 안테나 모듈(400)은 무선 전력 송신 안테나 모듈(410) 및 근거리 통신 안테나 모듈(420)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신 안테나 모듈(410) 및 근거리 통신 안테나 모듈(420)은 도 3에 도시된 무선 전력 송신 안테나 모듈(320) 및 근거리 통신 안테나 모듈(310)과는 달리 설명되지 않는 한 실질적으로 동일한 구조와 기능을 가질 수 있다.
도 3과는 달리, 근거리 통신 안테나 모듈(420)은 무선 전력 송신 안테나 모듈(410)의 상부가 또는 하부에 부착될 수 있다. 또한, 근거리 통신 안테나 모듈(420)에 포함되는 근거리 통신 안테나(421)는 무선 전력 송신 안테나(411)와 중첩되지 않도록 인쇄 회로 기판의 외곽 영역의 외곽에 배치되거나, 커넥터(422)에 인접하여 배치될 수 있다. 이 경우, 근거리 통신 안테나(421)는 무선 전력 송신 안테나(411)와 커넥터(422) 사이에 배치될 수 있다.
근거리 통신 안테나(421)는 인쇄 회로 기판의 단면 또는 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 양면에 패턴인쇄될 경우 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통(전기적으로 연결)될 수 있다. 이를 통해, 근거리 통신 안테나(421)의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 근거리 통신 안테나(421)의 수신 감도가 향상될 수 있다.
근거리 통신 안테나 모듈(420)은 무선 전력 송신 안테나 모듈(410)의 차폐재(미도시), 금속 시트(미도시)의 하부에 부착될 수 있고, 부착시 고정을 위해 별도의 접착시트(예컨대, 양면 테이프)에 의한 방식, 접착력 및 절연성을 갖는 합성 수지의 도포 방식(본딩(bonding) 방식) 등이 이용될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
근거리 통신 안테나 모듈(420)의 내측 부분은 무선 전력 송신 안테나 모듈(410)의 리드선 삽입 단자(412)의 적어도 일부와 겹쳐지도록(overlapped) 부착될 수 있다. 이로 인해, 리드선 삽입 단자(412)에 끼워진 무선 전력 송신 안테나(411)의 리드선들이 단단히 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈에 의하면, 무선 전력 송신 안테나 모듈(410)만을 공급할 수 있고, 적용 분야 및 개발 방향에 따라서 근거리 통신 안테나 모듈(420)을 부착하여 공급할 수도 있다. 이렇게 모듈화된 안테나 모듈을 제작함으로써 다양한 개발 요구에 대하여 대응을 용이하고 유연하게 할 수 있으며, 이에 따른 개발 기간 단축 및 개발 비용 감소의 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈의 일 단면을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 멀티 모드 안테나 모듈(500)은 도 3 또는 도 4와 달리 무선 전력 송신 안테나와 근거리 통신 안테나가 별도의 모듈에 포함되는 것이 아니라, 하나의 코일 프레임(510)에 포함되어 구성될 수 있다.
즉, 멀티 모드 안테나 모듈(500)의 전체적인 구조와 기능은 도 4에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(400)과 유사하나, 근거리 통신 안테나(421)가 근거리 통신 안테나 모듈(420)을 구성하는 인쇄 회로 기판에 포함되는 것과는 달리, 근거리 통신 안테나(540)가 코일 프레임(510)에 포함될 수 있다. 근거리 통신 안테나(540)는 무선 전력 송신 안테나(530)와 마찬가지로 나선 형태로 전선이 감긴 코일로 구현될 수 있으며, 상기 전선의 단면은 도전 물질(예컨대, 구리(Cu))과 상기 도전 물질을 감싸는 절연 물질을 포함할 수 있다.
멀티 모드 안테나 모듈(500)은 코일 프레임(510), 고정홀(520), 무선 전력 송신 안테나(530), 근거리 통신 안테나(540) 및 커넥터(550)를 포함할 수 있다.
코일 프레임(510)의 구조 및 기능은 도 3 또는 도 4에 도시된 코일 프레임(324, 424)과 유사하나, 근거리 통신 안테나(540)가 삽입될 수 있도록 근거리 통신 안테나(540)에 상응하는 면적 및 두께를 가진 공간을 제공하는 수용부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 무선 전력 송신 안테나(530)가 삽입되는 수용부를 제1 수용부, 근거리 통신 안테나(540)가 삽입되는 수용부를 제2 수용부라 정의할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 6에는 도 5의 멀티 모드 안테나 모듈(500)에서 A~A'직선에 대한 단면(600)이 도시되어 있다.
코일 프레임(510)은 무선 전력 송신 안테나(530)가 삽입될 수 있는 공간을 제공하는 제1 수용부(535) 및 근거리 통신 안테나(540)가 삽입될 수 있는 공간을 제공하는 제2 수용부(545)를 포함할 수 있으며, 제1 수용부(535) 및 제2 수용부(545)의 폭, 두께는 무선 전력 송신 안테나(530)와 근거리 통신 안테나(540)의 형태에 상응하도록 제작될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 제1 수용부(535) 및 제2 수용부(545)의 형태와, 무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540)의 형태는 일정 수준의 마진을 가지도록 코일 프레임(510)이 제작될 수도 있고, 다른 실시예에 따라 거의 동일하게 제작되어 코일 프레임(510)에 안테나들(530, 540)이 끼워질 수도 있다. 제1 수용부(535)의 외경은 제2 수용부(545)의 내경보다 작을 수 있다.
제1 수용부(535)와 제2 수용부(545)의 사이에는 안테나 분리부(560)가 배치될 수 있다. 안테나 분리부(560)는 무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540)가 상호간의 간섭이 발생하지 않도록 물리적으로 이격하여 배치될 수 있도록 한다. 또한, 안테나 분리부(560)는 무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540) 사이에 자기장을 차폐하기 위한 차폐 물질을 포함할 수 있다.
다시, 도 5를 참조하면 고정홀(520)은 도 3에 도시된 고정홀(323)과 동일한 구조 및 기능을 가질 수 있다.
코일 프레임(510)에 삽입된 무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540) 각각의 내측 및 외측 리드선은 커넥터(550)에 연결될 수 있다. 여기서, 커넥터(550)는 상술한 바와 같이 근거리 통신 안테나를 포함하지 않는 것을 제외하고는 도 4에 도시된 근거리 통신 안테나 모듈(420)과 실질적으로 동일할 수 있다.
코일 프레임(510)은 무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540) 각각의 내측 및 외측 리드선이 끼워질 수 있도록 공간을 제공하는 리드선 삽입 홀(미도시)을 포함할 수 있으며, 이러한 리드선은 커넥터(550)의 연결 단자에 각각 전기적으로 연결되어 제어 회로 기판(220)에 연결될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 무선 전력 송신 안테나(530)의 내측 및 외측 리드선은 리드선 삽입 홀(미도시)을 통해 커넥터(550)와 연결되고, 근거리 통신 안테나(540)의 내측 및 외측 리드선은 코일 프레임(510)의 상부를 통해 커넥터(550)와 연결될 수 있다.
무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540) 각각의 내측 및 외측 리드선이 연결되는 커넥터(550)의 연결 단자의 위치는 도 5에 도시된 것에 한정되지 않으며, 코일 프레임(510)의 구조, 무선 전력 송신 안테나(530) 및 근거리 통신 안테나(540)의 형태 등에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈에 의하면, 무선 전력 송신 안테나(530)만을 설치하여 공급할 수 있고, 적용 분야 및 개발 방향에 따라서 미리 준비된 수용부에 근거리 통신 안테나(540)를 추가하여 공급할 수 있다. 이러한 멀티 모드 안테나 모듈을 제작함으로써 다양한 개발 요구에 대하여 대응을 용이하고 유연하게 할 수 있으며, 이에 따른 개발 기간 단축 및 개발 비용 감소의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈에 의하면, 최적의 구조로 모듈화된 안테나 모듈에 복수 개의 안테나를 삽입, 부착하는 간단한 공정 만으로 최적의 성능을 가지는 무선 전력 송신 장치의 제작이 가능하다.
또한, 모듈화를 통해 다양한 형태의 어플리케이션(예컨대, 차량용 무선 전력 송신기, 핸드폰 충전용 무선 전력 송신기 등)에 공용으로 적용 가능한 안테나 모듈의 제공이 가능하다.
아울러, 차량용 무선 전력 송신기와 같이 흔들림 내지 충격이 많은 환경에서도 본래의 구조 및 기능을 상실하지 않는 무선 전력 송신 장치의 제작이 가능하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (14)

  1. 무선 전력 송신 장치에 사용되는 멀티 모드 안테나 모듈에 있어서,
    인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄되어 배치되는 근거리 통신 안테나, 및 상기 근거리 통신 안테나와 상기 무선 전력 송신 장치의 동작을 제어하는 제어 회로 기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하는 근거리 통신 안테나 모듈; 및
    상기 근거리 통신 안테나와 중첩되지 않도록 배치되고 상기 커넥터를 통해 상기 제어 회로 기판에 전기적으로 연결되는 무선 전력 송신 안테나가 포함된 무선 전력 송신 안테나 모듈을 포함하는 멀티 모드 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나의 내경은 상기 무선 전력 송신 안테나의 외경 이상인, 멀티 모드 안테나 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나 모듈은, 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈의 상부에 부착되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나는 상기 무선 전력 송신 안테나와 상기 커넥터 사이에 배치되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나 모듈은, 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈의 하부에 부착되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나는 상기 인쇄 회로 기판의 양면에 패턴 인쇄되고, 상기 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍을 통해 상기 양면에 인쇄된 패턴이 전기적으로 연결되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 안테나 모듈은, 상기 무선 전력 송신 안테나가 삽입되는 수용부, 및 상기 무선 전력 송신 안테나의 리드선이 삽입되는 리드선 삽입홀을 포함하는 코일 프레임을 포함하는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코일 프레임은 강화 플라스틱의 단일 사출물인, 멀티 모드 안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나 모듈 및 상기 무선 전력 송신 안테나 모듈 사이에 배치되는 차폐재를 더 포함하는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  10. 무선 전력 송신 장치에 사용되는 멀티 모드 안테나 모듈에 있어서,
    무선 전력 송신 안테나가 삽입되는 공간을 제공하는 제1 수용부, 및 근거리 통신 안테나가 상기 무선 전력 송신 안테나와 중첩되지 않도록 배치되어 삽입되는 공간을 제공하는 제2 수용부를 포함하는 코일 프레임; 및
    상기 무선 전력 송신 안테나 및 상기 근거리 통신 안테나와, 상기 무선 전력 송신 장치의 동작을 제어하는 제어 회로 기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 수용부의 외경은 상기 제2 수용부의 내경보다 작은, 멀티 모드 안테나 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 코일 프레임은, 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부 사이에 배치되어 상기 제1 분리부와 상기 제2 분리부를 물리적으로 이격시키는 안테나 분리부를 더 포함하는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 안테나 분리부는 상기 무선 전력 송신 안테나와 상기 근거리 통신 안테나 상호간의 간섭이 일어나지 않도록 하기 위한 차폐 물질을 포함하는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 멀티 모드 안테나 모듈; 및
    상기 멀티 모드 안테나 모듈을 통해 송출되는 무선 전력 신호 또는 근거리 통신 신호를 제어하는 제어 회로 기판을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
KR1020160177924A 2016-12-23 2016-12-23 멀티 모드 안테나 모듈 및 그것을 이용한 무선 전력 송신 장치 KR20180074142A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210047166A (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 니덱모빌리티코리아 주식회사 터미널 접속 차량용 무선충전장치

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KR20210047166A (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 니덱모빌리티코리아 주식회사 터미널 접속 차량용 무선충전장치

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