KR20230020383A

KR20230020383A - 자동차 센터 콘솔 무선 충전 시스템

Info

Publication number: KR20230020383A
Application number: KR1020227034633A
Authority: KR
Inventors: 조슈아 아론 얀코위츠
Original assignee: 얀크 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2023-02-10
Also published as: WO2021178811A1; CA3174078A1; JP2023516689A; CN115443594A; US20230163634A1; AU2021232040A1; EP4115495A1

Abstract

차량 콘솔에 통합되는 무선 충전 시스템은 단절부 또는 무선 주파수 불연속부가 없고 두께가 대략 10㎛ 이상인 연속 도체를 갖는 안테나를 포함한다. 안테나는 차량 콘솔의 하나 이상의 윤곽 내에 배치되거나 상기 윤곽 내에 부분적으로 배치된다. 무선 충전 시스템은 또한, 안테나에 신호를 전송하도록 구성되는 증폭기 및 안테나를 공진으로 여기하도록 구성되는 하나 이상의 커패시터를 포함한다.

Description

자동차 센터 콘솔 무선 충전 시스템

본 출원은 2020년 3월 6일자로 출원된 발명의 명칭이 "자동차 센터 콘솔 무선 충전 시스템(AUTOMOTIVE CENTER CONSOLE WIRELESS CHARGING SYSTEM)"인 미국 가특허 출원 제62/986,491호에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 상기 가특허 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

카셰어링 서비스가 확산됨에 따라, 예를 들어, 자동차의 센터 콘솔에 들어 맞을 수 있는 효율적인 무선 충전 시스템을 통합할 필요성이 대두되고 있다.

무선 충전 시스템의 다양한 설계가 설명된다. 동 설계는 차량 콘솔에 통합될 수 있다.

일 예시적 양태에서, 개시된 기술은 차량 콘솔 내에 무선 충전 시스템을 제조 또는 개장하는 시스템 및 방법을 제공하며, 여기서 무선 충전 시스템은 콘솔 근처에(예를 들어, 컵홀더 또는 패키지 트레이 영역에) 위치되는 다수의 전자 디바이스를 동시에 무선 충전하고, 콘솔에 대한 전자 디바이스의 배치, 배향 및 위치설정에 있어서의 추가적인 자유도 및 유연성을 제공하도록 구성된다.

다른 예시적 양태에서, 무선 충전 시스템이 설명된다. 동 시스템은 차량 콘솔에 통합될 수 있고, 단절부(break) 또는 무선 주파수 불연속부가 없는 연속 도체를 포함하는 안테나를 포함한다. 연속 도체는 대략 10㎛(마이크로미터) 이상인 두께를 가지며, 안테나는 차량 콘솔의 하나 이상의 윤곽 내에 배치되거나 상기 윤곽 내에 부분적으로 배치된다. 동 시스템은 또한 안테나에 신호를 전송하도록 구성되는 증폭기 및 안테나를 공진으로 여기하도록 구성되는 하나 이상의 커패시터를 포함한다.

다른 예시적 양태에서, 무선 충전 시스템을 제조하는 방법이 설명된다. 무선 충전 시스템은 차량 콘솔(예를 들어, 차량 센터 콘솔)에 내장될 수 있다. 동 방법은, 차량 콘솔의 전기적 비전도성 지지 구조체의 제1 영역에 증폭기 인쇄 회로 기판(PCB)을 부착하는 단계; 증폭기 PCB에 전기적으로 결합되고 증폭기 PCB로부터 증폭된 신호를 수신하도록 구성되는 필터 PCB를 지지 구조체의 제2 영역에 부착하는 단계; 및 지지 구조체의 제3 영역에 공진 커패시터 PCB를 부착하는 단계를 포함한다. 공진 커패시터 PCB는 필터 PCB 및 하나 이상의 안테나에 전기적으로 결합되고, 필터 PCB로부터 여과된 신호를 수신하고 여과된 신호를 하나 이상의 안테나로 전송하도록 구성된다. 지지 구조체의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역은 증폭기 PCB, 공진 커패시터 PCB, 필터 PCB 및 하나 이상의 안테나 사이의 물리적인 분리를 유지하도록 선택되고, 필터 PCB와 증폭기 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리 및 필터 PCB와 공진 커패시터 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리는 적어도 10mm이다.

이들 양태 및 기타의 양태가 본 문헌 전반에 걸쳐 개시된다.

도 1a는 차량 센터 콘솔 내부의 대표적인 3차원 안테나의 제1 도이고,
도 1b는 차량 센터 콘솔 내부의 대표적인 3차원 안테나의 제2 도이고,
도 2는 무선 충전 시스템이 내장된 차량 센터 콘솔의 내부도의 대표적인 예시이고,
도 3a는 무선 충전 시스템이 내장된 조립이 완료된 차량 센터 콘솔의 대표도이고,
도 3b는 추가 상세를 도시하고 있는 도 3a의 조립이 완료된 차량 센터 콘솔의 대표도이고,
도 4는 다수의 전자 디바이스를 동시에 충전하는 차량 센터 콘솔 무선 충전 시스템을 도시하는 대표적인 예시이고,
도 5는 소형 전자 디바이스를 충전하는 차량 센터 콘솔 무선 충전 시스템을 도시하는 대표적인 예시이다.

개시된 기술은 차량 센터 콘솔에 무선 충전 시스템을 개장하는 시스템 및 방법을 제공하며, 여기서 무선 충전 시스템은 센터 콘솔 근처에(예를 들어, 컵홀더에) 위치한 다수의 전자 디바이스를 무선 충전할 수 있다. 무선 충전 시스템은 다수의 전자 디바이스를 센터 콘솔에 대해 다수의 배향 및 위치에서 동시에 충전할 수 있다. 개시된 기술은 차량 콘솔 또는 차량 센터 콘솔(예를 들어, 자가용 자동차, 상용 자동차, 비행기, 기차, 보트 및 기타 수상 항공기 및 오토바이, 자전거, 왜건, 트랙터와 같은 농업용 장비, 지게차와 같은 산업용 장비 등과 같은 기타 운송 또는 이동 모드)에 대한 효율적인 무선 충전 시스템을 통합하고자 하는 차량 주문자 상표 부착 생산자(OEM)에 의해 사용될 수 있다. 차량 콘솔은 물품을 보유하기 위한 홈부(indentation)를 갖는 차량의 시트 사이의 지지부를 포함하지만, 이로 한정되지 않는 개시된 기술을 포함하는 차량 내 임의의 패널 또는 유닛일 수 있다.

이제 다양한 실시예가 설명된다. 이하의 설명은 이들 실시예에 대한 철저한 이해 및 지원 설명을 위한 구체적인 상세를 제공한다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자는 실시예들이 이러한 많은 상세 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 다양한 실시예에 대한 관련 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 일부 잘 알려진 구조 또는 기능은 상세히 도시되거나 설명되지 않을 수 있다. 아래에 제시된 설명에 사용되는 용어는 특정 구체적인 실시예들에 대한 상세한 설명과 함께 사용되고 있음에도 불구하고, 가장 폭넓고 합리적인 방식으로 해석되기 위한 것이다.

도 1a는 차량 센터 콘솔 내부의 대표적인 3차원 안테나의 제1 도(100A)이다. 일 실시예에서, 3차원 안테나는 안테나의 길이, 폭 및 높이가 센터 콘솔의 부분(예를 들어, 승용차 센터 콘솔 내)의 윤곽 내에 내장될 수 있도록(또는 윤곽 내에 적어도 부분적으로 내장될 수 있도록) 함으로써, 차량 센터 콘솔의 아웃라인(110A) 내로 개장될 수 있다. 즉, 3차원 안테나는 목표 디바이스 내에서 안테나의 자속을 최적화(예를 들어, 차량 센터 콘솔의 컵홀더 영역의 자속을 최적화)하면서, 목표 디바이스의 윤곽 내에 들어 맞도록 조정된다.

일 실시예에서, 3차원 안테나는 단절부 또는 무선 주파수 불연속부가 없는 연속 도체로 제조되는 표면 나선 코일일 수 있다. 도체는 무선 충전 송신기 디바이스의 작동 주파수에서 근접 효과를 감소시키고, 작동 주파수에서 표면 나선 코일의 높은 고유 품질 인자("Q")를 유지하기 위해, 유전 물질 주위에 일정한 각도로 권취될 수 있다. 연속 도체는 대략 10㎛(마이크로미터) 또는 그 이상(예를 들어, 40㎛)의 두께를 가질 수 있다. 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 번호 제15/759,473호(미국 공개공보 제2018/0262050호)에서는 개시된 기술과 함께 사용될 수 있는 3차원 안테나의 예시적인 실시예가 설명된다. 예를 들어, Q 인자는 200을 초과하거나, 400을 초과하거나, 대략 700 이상일 수 있다. 일 예시적인 작업 범위는 Q 인자가 700 내지 800인 표면 나선 코일을 포함할 수 있다.

개시된 기술은 차량의 센터 콘솔 유닛 근처에서 승객 디바이스를 충전하는 효율적이고 편리한 수단을 제공한다. 무선 충전 송신기는 차량의 전원에 연결되고, 센터 콘솔 유닛 내부의 3차원 안테나를 구동(다수의 안테나의 경우에 센터 콘솔 내부의 하나 이상의 안테나를 구동)하는 증폭기로 구성된다. 무선 충전 시스템은 또한 3차원 안테나(들)를 공진으로 여기시키도록 구성되는 하나 이상의 커패시터를 포함하고, 여기서 전송된 신호는 대략적으로 3차원 안테나(들)의 공진 주파수와 동일한 작동 주파수에 있다. 즉, 일부 실시예에서, 무선 충전 시스템은 (예를 들어, 필터 PCB 내) 하나 이상의 필터에 신호를 전송하는 (예를 들어, 증폭기 PCB 내) 증폭기를 포함하고, 여과된 출력은 (예를 들어, 공진 커패시터 PCB 내) 공진 커패시터에 결합된다. 공진 커패시터는 전술한 바와 같이 안테나에 결합된다. 일부 실시예에서, 증폭기, 필터, 공진 커패시터 또는 안테나 중 하나 이상은 여러 손실 중에서도 교차-결합 손실, 스위칭 손실, 히스테리시스 손실을 최소화 또는 감소시키기 위해, 서로로부터 상호 물리적으로 분리(예를 들어, 1인치 이상만큼)되어 있다.

일부 실시예에서, 차량 센터 콘솔에 내장된 무선 충전 시스템은 무선 충전 증폭기 시스템 구성요소가 전체 시스템 성능을 개선하기 위해 충분히 분리되어 있는 절연형 스위칭 증폭기 시스템 토폴로지를 사용하여 제조된다. 예를 들어, 증폭기 인쇄 회로 기판(PCB) 내 증폭기는 차량 센터 콘솔의 전기적 비전도성 지지 구조체의 제1 영역에 부착된다. 필터 PCB 내 필터는 지지 구조체의 제2 영역에 부착되고, 여기서 필터 PCB 내 필터는 증폭기 PCB 내 증폭기에 전기적으로 결합된다. 필터는 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신한다. 차별화된 구성에서 하나를 초과하는 필터가 있을 수 있다. 공진 커패시터 PCB 내 하나 이상의 커패시터가 지지 구조체의 제3 영역에 부착된다. 공진 커패시트 PCB 내 공진 커패시터는 필터(들) 및 하나 이상의 안테나에 전기적으로 결합된다. 공진 커패시터는 필터(들)로부터 여과된 신호를 수신하고, 여과된 신호(들)를 하나 이상의 안테나로 전달한다. 성능 개선을 위해(예를 들어, 결합 손실, 히스테리시스 손실, 스위칭 손실 등을 감소시키기 위해), 지지 구조체의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역은 증폭기 PCB, 공진 커패시터 PCB, 필터 PCB 및 하나 이상의 안테나 사이의 물리적인 분리(예를 들어, 10mm 이상)를 유지하도록 선택된다. 안테나는 전술한 바와 같은 3차원 안테나, 평면 안테나 또는 차량 센터 콘솔의 지지 구조체 또는 기타 기계적인 부분에 안테나 도체가 직접 전착된 전착 안테나일 수 있다. 또한, 공진 커패시터 PCB와 안테나 사이의 거리를 감소시켜 안테나와 공진 커패시터 사이의 저항을 감소시키기 위해, 증폭기 PCB 및 필터 PCB(들)는 제1 구조체에 배치되는 반면 공진 커패시터 PCB는 별도의 제2 구조체에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 물리적인 분리를 유지함으로써, 교차-결합 손실, 스위칭 손실, 히스테리시스 손실 등을 최소화 또는 감소시켜, 무선 충전 시스템의 전체 성능을 개선한다. 일부 실시예에서, 절연형 스위칭 증폭기 시스템의 구성요소는 구성요소가 차량 콘솔의 지지 구조체에 부착되는 것이 아니라 차량 센터 콘솔에 내장되는 모듈형 구조체 또는 구조체들에 수용된다.

센터 콘솔 안테나는 예를 들어, 주문자 상표 부착 생산자(OEM)의 패키징 요건을 충족시키기 위해, 센터 콘솔 내 특정 금형 배치와 같은 센터 콘솔의 섹션의 아웃라인 또는 센터 콘솔의 아웃라인을 향해 재성형된다. 차량 센터 콘솔의 근방, 또는 그 근처에 있는 단일 디바이스 또는 다수의 디바이스는 디바이스 또는 디바이스들의 배향에 관계없이 차량 센터 콘솔에 의해 동시에 충전될 수 있다. 즉, 디바이스는 센터 콘솔에 대해 다양한 거리 및 상이한 각도에 있을 수 있으며, 여전히 센터 콘솔에 통합되는 무선 충전 시스템에 의해 확실하게 충전된다. 예를 들어, 디바이스는 컵홀더에 존재하거나, 승객에 의해 보유되거나 또는 다른 방식으로 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 충전 시스템은 컵홀더에 위치된 디바이스에 10와트 이상의 전력을 제공하고, 차량 센터 콘솔에 내장된 충전 시스템으로부터 대략 8인치 이상 떨어져 위치되는 디바이스에 5와트 이상의 전력을 제공할 수 있다.

송신기는 하나의 수신기 디바이스 또는 다수의 수신기 디바이스(예를 들어, 하나 이상의 스마트폰)에 의해 포착될 수 있는 안전 자기장을 방출한다. 이들 수신기 디바이스는 컵홀더와 같은 센터 콘솔 주위의 다양한 위치에, 또는 센터 콘솔 유닛의 상부에 배치될 수 있다. 이는 승객(들)이 그들의 디바이스를 무선 충전함에 있어 더 큰 자유도를 제공하고, 다수의 디바이스를 동시에 충전할 수 있도록 한다.

개시된 기술은 승객 디바이스의 배치에 대한 보다 큰 자유도 및 다수의 승객 디바이스를 동시에 충전하는 능력을 제공한다. 이는 전형적으로 충전 패드 상에서의 전자 디바이스(예를 들어, 스마트폰)의 정렬 또는 배향에 민감한 종래의 충전 패드와 대조된다. 즉, 개시된 기술(예를 들어, 3차원 안테나 및 대응하는 증폭기 및 다른 전자 장치)은 차량 센터 콘솔에 대한 무선 디바이스의 배향의 변화에 대한 무선 충전 시스템의 민감도를 감소시키도록, 즉 충전 시 충전 중인 전자 디바이스에 더 우수한 이동 자유도를 제공하도록 설계된다. 예를 들어, 충전 패드 상에서의 스마트폰의 위치 또는 배향은 차량이 회전할 때 영향을 받을 수 있는데, 이는 다시 디바이스의 충전 속도에 영향을 미칠 수 있다(또는 일부 케이스에서는, 스마트폰이 전혀 충전되지 않도록 함). 또한, 충전 패드의 공간 제한으로 인해, 종래 기술 상의 시스템에서는 다수의 디바이스를 동시에 충전하는 것이 곤란할 수 있다. 공간 제약은 전형적으로 효율적인 작동을 위해 충전 패드가 수신기(예를 들어, 스마트폰)와 근접의 물리적 접촉을 필요로 하기 때문에 발생한다.

일 실시예에서, 애프터마켓 차량 제품은 센터 콘솔의 윤곽에 직접 개장(즉, 센터 콘솔 차량 부분의 센터 콘솔 윤곽 내에 배치되거나, 상기 윤곽 내에 적어도 부분적으로 배치)되는 것이 아니라, 개방된 격실과 같은 센터 콘솔 내부에 배치된 3차원 안테나를 포함한다. 본 실시예에서, 송신기는 별도의 충전지에 연결될 수 있거나, 차량 내 이용 가능한 충전 포트를 통해 차량의 전원으로서의 차량의 배터리에 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 3차원 안테나는 평면 안테나로 대체될 수 있거나, 생산에 대한 크기 제약으로 인해 센터 콘솔 유닛 내 내부 부품 상에 안테나를 직접 구축하기 위해 전착 공정이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 송신기는 차량 내 공급 라인에 연결되는 안테나 및 증폭기 유닛으로 구성된다. 또한, 본 실시예에서, 송신기는 고조파 감쇠를 위한 필터 및 논리, 증폭기 및 팬 전압과 같은 증폭기를 위한 필요 전압을 인가하는 DC 전원 PCB 또는 별도의 보드로도 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 송신기는 안테나에 대해 단-종단되거나 차동 결합(예를 들어, 증폭기 PCB 내 증폭기는 1개 또는 2개의 필터 PCB 내 2개의 필터에 차동 결합될 수 있고, 또한 공진 커패시터 PCB(들) 내 공진 커패시터에 차동 결합될 수 있음)되는 스위칭 병렬 또는 직렬 공진 또는 비공진(off-resonant) 전력 증폭기(예를 들어, 클래스 D 또는 E 증폭기)를 포함할 수 있다. 병렬-튜닝형 전력 증폭기에 있어서, 부하 네트워크 및 정합 네트워크는 증폭기의 부하 네트워크 역시 동일한 공진 주파수에서 튜닝되는 상태에서 송신기 안테나가 공진 커패시터에 직렬이 아닌 병렬을 이루도록 튜닝된다. 즉, 전체 전력 증폭기 네트워크는 비-공진 부하 네트워크를 사용하는 것이 아니라 공진에서 완벽하게 작동한다. 이로써, 송신기 전반에 걸친 전압은 최대화되고, 고조파는 감소된다. 전압을 최대화함으로써, 특히 송신기와 수신기가 물리적으로 멀리 떨어져 있을 때와 같이 느슨한 결합 공진 유도 시스템에서 송신기 안테나를 통해 흐르는 더 높은 진동 전류 또는 수신기와 결합되는 더 강한 자기장이 존재한다. 일부 실시예에서, 송신기 안테나를 가로지르는 진동 전압을 더욱 증가시켜 송신기와 수신기 사이의 쇄교자속 및 전력 전달을 더욱 향상시키기 위해 변압기가 포함될 수도 있다. 추가적으로, 병렬 공진 전력 증폭기는 전력 증폭기의 효율에 상당한 변화를 일으킬 수 있는 주변 환경으로부터 수신기의 위치 이동이나 변화 또는 용량성 및 유도성 반사로부터 더 잘 보호된다.

다른 실시예에서, 송신기 시스템은 스위칭 구성요소에 대한 열 응력을 낮춰 보다 우수한 작동 안정성과 개선된 성능을 갖는 절연형 서브시스템으로 구성될 수 있다.

도 1b는 차량 센터 콘솔 내부의 대표적인 3차원 안테나의 제2 도(100B)(도 1a의 차량 센터 콘솔의 저면도를 도시함)이다. 제2 도(100B)는 하나 이상의 3차원 코일(도 1b에는 하나의 코일만이 도시됨)로 구성되는 3차원 안테나(120B)를 도시한다.

도 2는 무선 충전 시스템이 내장된 차량 센터 콘솔의 내부도(200)의 대표적인 예시이다. 내부도(200)에서는 안테나(210)가 도 1b에서와 같이 자동차 센터 콘솔 전체의 윤곽이 아니라 센터 콘솔의 특정 부분을 차지하는 안테나(210)를 도시한다. 안테나(210)는 도 1a와 관련하여 설명된 바와 같이 3차원 안테나일 수 있다. 화살표(212)는 차량 탑승자가 무선 충전 시스템에 의해 충전될 전자 디바이스(예를 들어, 휴대폰)를 두기 위해 자주 사용하는 센터 콘솔의 컵홀더에 안테나의 자기장이 집중하도록 선택된 안테나(210)의 예시적인 배향을 가리킨다. 다른 실시예에서, 안테나(210)의 크기, 배치 및 배향은 충전할 전자 디바이스를 수용하거나 포함할 가능성이 가장 높은 다른 영역에 무선 충전 자기장이 집중하도록 선택된다. 일부 실시예에서, 안테나(210)는 평면 안테나이거나, 또는 안테나의 구리 권선이 센터 콘솔 내부의 기계적인 부분에 직접 전착되는 전착 안테나일 수 있다. 평면 및 전착 안테나는 단절부 또는 무선 주파수 불연속부가 없는 연속 도체를 포함하며, 대략 10㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다.

내부도(200)는 또한 무선 충전 시스템을 위한 전자장치를 보관하는 전자 하우징(220)을 도시한다. 도 2의 대표적인 실시예에서, 전자 하우징(220)은 팔걸이(230)의 하부에 있는 차량 센터 콘솔의 전도성 구조체(예를 들어, 철 주조부(240))의 아래에 배치된다. 전자 하우징(220)의 배치는 안테나(210)와 전자 하우징(220) 내의 전자 구성요소 사이의 교차-결합을 최소화하도록 선택된다. 예를 들어, 전자 하우징(220)은 안테나(210)로부터 물리적으로 거리를 두고 배치되거나, 개재되어 있는 구조체가 안테나(210)의 자기장이 전자 구성요소에 현저하게 결합하는 것을 차폐하는 영역에 배치된다.

도 3a는 무선 충전 시스템이 내장되어 있는 완전 조립 차량 센터 콘솔의 예에 대한 대표도(300A)이다. 예를 들어, 도 2의 안테나(210)와 전자 하우징(220)이 도 3a의 완전 조립 차량 콘솔 내에 내장될 수 있다. 도면(300A)은 전면 컵홀더(310), 후면 컵홀더(312) 및 패키지 트레이 영역(316)을 포함한 완전 조립 센터 콘솔을 도시한다. 안테나는 차량 센터 콘솔의 전면 컵홀더 또는 후면 컵홀더 또는 패키지 트레이 영역에 배치되거나 또는 그 주위에 배치된 하나 이상의 전자 디바이스를 효율적으로 충전하기 위해 무선 충전 신호를 송신하도록 구성(예를 들어, 설계, 위치 및 배향)된다.

도 3b는 이러한 예시적인 실시예에 있어서 완전 조립 후의 내장 안테나(320)의 아웃라인 및 내장 안테나(320)의 무선 충전 필드(330)의 근사치를 포함하는 추가 상세도를 도시하는 도 3a의 완전 조립 차량 센터 콘솔의 대표도(300B)이다. 무선 충전 필드(330)에서, 필드 영역(331)은 필드 영역(333)보다 높은 신호 강도를 갖는 것으로 도시되고; 필드 영역(333)은 영역(335)보다 높은 신호 강도를 갖는 것으로 도시되며; 그리고 필드 영역(335)은 영역(337)보다 높은 강도를 갖는 것으로 도시된다. 즉, 일부 실시예에서, 무선 충전 필드(330)는 내장 안테나(320)로부터 멀어질수록 신호가 감쇠되도록 할 것이다. 그러나, 내장 안테나(320)의 길이, 위치/배치 및 배향은 인접한 전도성 구조체의 존재에 더하여, 도 3b에 예시된 바와 같이 무선 충전 필드의 강도와 충전 필드의 전파 특성에 영향을 미친다. 일부 실시예에서, 내장 안테나(320)는 3차원(3D) 안테나, 평면 안테나 또는 전기도금 안테나와 같은 독립형 안테나 모듈일 수 있다. 다른 실시예에서, 내장 안테나(320)는 센터 콘솔에 내재된(예를 들어, 센터 콘솔의 일부로 제작된) 통합 안테나일 수 있다.

안테나의 크기, 형상 및 위치는 특정 센터 콘솔 설계의 패키징 요건, 및 나아가 OEM 고객이 원하는 충전 영역 초점을 기준으로 선택된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 충전 필드(330)가 후면 컵홀더(312) 및 패키지 트레이 영역(316)에 집중되도록 안테나의 길이 및 위치를 선택할 수 있다. 일반적으로, 센터 콘솔에 내장된 전자장치는 내장 안테나(320)로부터 (예를 들어, 3인치 이상) 물리적으로 분리되어 안테나와의 교차-결합을 감소시킴으로써 안테나의 성능을 개선한다. 또한, 내장 안테나(320)의 성능을 더욱 개선하기 위해서는, 안테나의 윤곽이 센터 콘솔 내의 패키징 요건을 충족할 뿐만 아니라, 센터 콘솔 내의 안테나와 금속 부분(예를 들어, 도 2의 철 주조부(210)) 사이의 간극을 최대화하도록 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 금속과 같은 전도성 구조체가 안테나에 더 근접할수록, 안테나는 더 디큐(d-Q)되거나 고유 성능이 더 감소한다. 따라서 내장 안테나(320)의 윤곽은 센터 콘솔의 전도성 부분과 안테나 사이의 물리적인 분리가 최대화되도록(예를 들어, 안테나의 고유 품질 인자를 개선하기 위해, 대략 1인치 이상의 간극만큼 전도성/금속성 구조체로부터 안테나를 분리하도록) 개발되는 것이 바람직할 수도 있다. 또한, 내장 안테나(320)의 고유 'Q'를 더욱 개선하고, 그리고/또는 (예를 들어, 무선 충전 필드(330)에 예시된 바와 같이) 자기장의 방향을 더 잘 형성하기 위해, 센터 콘솔의 근접 전도성 구조체 상에 또는 그 주위에 무선 주파수(RF) 차폐 및 흡수 시트(도 3b에는 도시되지 않음)를 배치할 수 있다. 안테나 Q가 더 높을수록 무선 충전 범위가 더 좋아지고, 따라서 우수한 투과성(예를 들어, 100㎛ 이상) 및 우수한 손실률을 갖는 흡수 시트가 안테나의 고유 'Q'를 개선하는데 도움이 될 수 있다(또는, 센터 콘솔의 근처 전도성의 기계적인 부분의 존재에 의해 안테나를 크게 디큐하지 않도록 하는 데 도움이 될 수 있다).

도 4는 무선 충전 시스템이 내장된 차량 센터 콘솔(410)이 다수의 전자 디바이스(예를 들어, 전자 디바이스(420 및 422))를 동시에 충전하는 것을 도시하는 대표적인 예시이다. 도 4의 무선 충전 시스템은 상기 도 2 및 도 3에 설명된 시스템일 수 있다. 도 3a 및 도 3b와 관련하여 전술한 바와 같이, 무선 충전 시스템(예를 들어, 도 3b의 내장 안테나(320))은 차량 센터 콘솔 상에 또는 그 주위에 배치된 전자 디바이스(예를 들어, 휴대폰, 태블릿 등)에 강력한 무선 충전 신호를 제공하도록 위치된다. 또한, 차량 센터 콘솔(410)에 내장된 무선 충전 시스템은 특히 전력 전달을 위한 배선이 번거롭거나 비용이 많이 들거나 또는 새로운 특징 또는 기능이 포함되는 것을 저해할 수 있는 차량의 영역에서 무선 충전 수신기를 포함하는 다른 전자 디바이스를 충전하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 시스템은 차량의 근접 전자 구성요소(예를 들어, 센터 콘솔 주위의 구성요소) 및 다른 소형 전자 디바이스를 충전하거나 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 5는 내장 무선 충전 시스템이 격벽(415) 아래에 배치된 소형 전자 디바이스(424)를 접촉 없이 충전하고 있는 차량 센터 콘솔(410)을 도시하는 대표적인 예시이다.

일부 실시예에 의해 바람직하게 구현되는 솔루션의 목록이 이하의 항목을 사용하여 설명될 수 있다.

항목 1. 차량 콘솔에 통합되는 무선 충전 시스템으로서, 단절부 또는 무선 주파수 불연속부가 없는 연속 도체를 포함하는 안테나; 안테나로 신호를 전송하도록 구성되는 증폭기; 및 안테나를 공진으로 여기하도록 구성되는 하나 이상의 커패시터를 포함하고, 연속 도체는 대략 10㎛ 이상인 두께를 가지며, 안테나는 차량 콘솔의 하나 이상의 윤곽 내에 배치되거나 상기 윤곽 내에 부분적으로 배치되는, 무선 충전 시스템.

항목 2. 항목 1에 있어서, 안테나는 도체를 포함하는 3차원 안테나를 포함하고, 도체는 무선 충전 시스템의 작동 주파수에서 근접 효과(proximity effect)를 감소시켜 3차원 안테나의 높은 고유 품질 인자(Q)를 유지하기 위해 유전 물질 주위에 일정 각도로 권취되는, 무선 충전 시스템.

항목 3. 항목 1에 있어서, 안테나는 차량 콘솔의 기계적인 부분에 직접 전착되는 도체를 포함하는, 무선 충전 시스템.

항목 4. 항목 1에 있어서, 신호는 대략적으로 안테나의 공진 주파수와 동일한 주파수를 포함하는, 무선 충전 시스템.

항목 5. 항목 1에 있어서, 안테나에 결합되는 병렬 공진 클래스 E 스위칭 증폭기를 추가로 포함하는, 무선 충전 시스템.

항목 6. 항목 4에 있어서, 증폭기에 의해 전송되는 신호를 수신하고, 하나 이상의 커패시터에 여과된 신호를 제공하도록 구성되는 하나 이상의 필터를 추가로 포함하는, 무선 충전 시스템.

항목 7. 항목 6에 있어서, 증폭기, 안테나, 하나 이상의 필터 또는 하나 이상의 커패시터 중 2개 이상은 적어도 1인치와 동일한 거리만큼 물리적으로 서로 분리되어 있어, 교차-결합 손실을 감소시키는, 무선 충전 시스템.

항목 8. 항목 1에 있어서, 안테나는 차량 콘솔 내 하나 이상의 전도성 구조체로부터 적어도 1인치 이상 떨어져 차량 콘솔 내에 배치되어, 안테나의 고유 품질 인자(Q)를 개선하는, 무선 충전 시스템.

항목 9. 항목 1에 있어서, 안테나는 차량 콘솔의 컵홀더 또는 차량 콘솔의 패키지 트레이 영역 중 적어도 하나에 또는 그 주위에 배치되는 하나 이상의 전자 디바이스에 무선 충전 신호를 송신하도록 구성되는, 무선 충전 시스템.

항목 10. 차량 콘솔에 내장된 무선 충전 시스템을 제조하는 방법으로서, 차량 콘솔의 전기적 비전도성 지지 구조체의 제1 영역에 증폭기 인쇄 회로 기판(PCB)을 부착하는 단계; 증폭기 PCB에 전기적으로 결합되고 증폭기 PCB로부터 증폭된 신호를 수신하도록 구성되는 필터 PCB를 지지 구조체의 제2 영역에 부착하는 단계; 지지 구조체의 제3 영역에 공진 커패시터 PCB를 부착하는 단계를 포함하고, 공진 커패시터 PCB는 필터 PCB 및 하나 이상의 안테나에 전기적으로 결합되고, 필터 PCB로부터 여과된 신호를 수신하고 여과된 신호를 하나 이상의 안테나로 전송하도록 구성되고, 지지 구조체의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역은 증폭기 PCB, 공진 커패시터 PCB, 필터 PCB 및 하나 이상의 안테나 사이의 물리적인 분리를 유지하도록 선택되고, 필터 PCB와 증폭기 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리 및 필터 PCB와 공진 커패시터 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리는 적어도 10mm인, 방법.

항목 11. 항목 10에 있어서, 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 도체를 포함하는 3차원 안테나를 포함하고, 도체는 무선 충전 시스템의 작동 주파수에서 근접 효과를 감소시켜 3차원 안테나의 높은 고유 품질 인자(Q)를 유지하기 위해 유전 물질 주위에 일정 각도로 권취되는, 방법.

항목 12. 항목 10에 있어서, 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 차량 콘솔의 일부에 직접 전착되는 도체를 포함하는 전착 안테나 또는 평면 안테나 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.

항목 13. 항목 10에 있어서, 필터 PCB와 증폭기 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리 및 필터 PCB와 공진 커패시터 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리는 교차-결합 손실, 스위칭 손실 또는 히스테리시스 손실 중 적어도 하나를 감소시키도록 선택되는, 방법.

항목 14. 항목 10에 있어서, 지지 구조체의 제4 영역에 제2 필터 PCB를 부착하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 필터 PCB 내 필터는 증폭기 PCB 내 증폭기에 차동 결합되는, 방법.

항목 15. 항목 10에 있어서, 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 차량 콘솔 내 하나 이상의 전도성 구조체로부터 적어도 1인치 이상 떨어져 차량 콘솔 내에 배치되어, 안테나의 고유 품질 인자(Q)를 개선하는, 방법.

항목 16. 항목 10에 있어서, 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 차량 콘솔의 컵홀더 또는 차량 콘솔의 패키지 트레이 영역 중 적어도 하나에 또는 그 주위에 배치되는 하나 이상의 전자 디바이스에 무선 충전 신호를 송신하도록 구성되는, 방법.

리마크

도면 및 위의 설명은 실시예를 구현할 수 있는 적합한 환경의 간략하고 전반적인 설명을 제공한다. 실시예의 예에 대한 전술한 상세한 설명은 전체를 포괄하거나 청구된 발명을 위에 개시된 정확한 형태로 제한하려는 것이 아니다. 비록, 실시예에 대한 특정 예들이 예시의 목적으로 전술되어 있지만, 관련 분야의 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 바와 같이, 등가의 다양한 변형예들이 가능하다. 예를 들어, 공정 또는 블록이 주어진 순서로 제시되어 있지만, 대안적인 구현예들이 단계/블록을 갖는 루틴을 수행하거나, 다른 순서로 블록을 갖는 시스템을 채용할 수 있으며, 일부 공정 또는 블록은 대안예 또는 하위 조합을 제공하기 위해, 제거, 이동, 추가, 세분화, 결합 또는 수정될 수 있다. 이들 공정 또는 블록의 각각은 여러 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 공정 또는 블록이 때때로 직렬로 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 이들 공정 또는 블록은 대신 병렬로 수행 또는 구현되거나, 상이한 시간에 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 언급된 모든 특정 숫자는 단지 예시일 뿐이다: 대안적인 구현예들은 실제 허용오차에 따라 상이한 값 또는 범위를 채용할 수 있다. 예를 들어, 용어 "대략적으로"는 설계 시 실제 구현예가 실제 허용오차(예를 들어, 1 내지 5 퍼센트)를 가질 수 있음을 의미할 수 있다.

전술한 상세한 설명에 비추어, 설명된 실시예에 대해 이들 변경 및 기타 변경이 이루어질 수 있다. 전술한 설명은 특정의 예시적인 실시예를 설명하고, 고려되는 최상의 모드를 설명하지만, 위의 내용이 본문에 어느 정도로 상세하게 나타나 있느냐와 상관 없이, 본 발명은 많은 방식으로 실시될 수 있다. 시스템의 상세는 그 특정 구현예에 있어서 상당히 다양할 수 있지만, 여전히 본 명세서에 개시된 청구된 발명에 포함된다. 위에서 언급한 바와 같이, 특정 특징 또는 양태를 설명할 때 사용된 용어는 그 용어가 관련된 본 발명의 임의의 특정 특성, 특징 또는 양태로 제한되도록 당해 용어가 본 명세서에서 재정의되고 있음을 암시하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims

차량 콘솔에 통합되는 무선 충전 시스템으로서,
단절부(break) 또는 무선 주파수 불연속부가 없는 연속 도체를 포함하는 안테나;
상기 안테나로 신호를 전송하도록 구성되는 증폭기; 및
상기 안테나를 공진으로 여기하도록 구성되는 하나 이상의 커패시터
를 포함하고,
상기 연속 도체는 대략 10㎛ 이상인 두께를 가지며,
상기 안테나는 상기 차량 콘솔의 하나 이상의 윤곽 내에 배치되거나 상기 윤곽 내에 부분적으로 배치되는, 무선 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 안테나는 도체를 포함하는 3차원 안테나를 포함하고, 상기 도체는 무선 충전 시스템의 작동 주파수에서 근접 효과(proximity effect)를 감소시켜 상기 3차원 안테나의 높은 고유 품질 인자(Q)를 유지하기 위해 유전 물질 주위에 일정 각도로 권취되는, 무선 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 안테나는 상기 차량 콘솔의 기계적인 부분에 직접 전착되는 도체를 포함하는, 무선 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 신호는 대략적으로 상기 안테나의 공진 주파수와 동일한 주파수를 포함하는, 무선 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 안테나에 결합되는 병렬 공진 클래스 E 스위칭 증폭기를 추가로 포함하는, 무선 충전 시스템.
제4항에 있어서,
상기 증폭기에 의해 전송되는 신호를 수신하고, 상기 하나 이상의 커패시터에 여과된 신호를 제공하도록 구성되는 하나 이상의 필터를 추가로 포함하는, 무선 충전 시스템.
제6항에 있어서,
상기 증폭기, 안테나, 하나 이상의 필터 또는 하나 이상의 커패시터 중 2개 이상은 적어도 1인치와 동일한 거리만큼 물리적으로 서로 분리되어 있어, 교차-결합 손실을 감소시키는, 무선 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 안테나는 상기 차량 콘솔 내 하나 이상의 전도성 구조체로부터 적어도 1인치 이상 떨어져 상기 차량 콘솔 내에 배치되어, 상기 안테나의 고유 품질 인자(Q)를 개선하는, 무선 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 안테나는 상기 차량 콘솔의 컵홀더 또는 상기 차량 콘솔의 패키지 트레이 영역 중 적어도 하나에 또는 그 주위에 배치되는 하나 이상의 전자 디바이스에 무선 충전 신호를 송신하도록 구성되는, 무선 충전 시스템.
차량 콘솔에 내장된 무선 충전 시스템을 제조하는 방법으로서,
상기 차량 콘솔의 전기적 비전도성 지지 구조체의 제1 영역에 증폭기 인쇄 회로 기판(PCB)을 부착하는 단계;
상기 증폭기 PCB에 전기적으로 결합되고 상기 증폭기 PCB로부터 증폭된 신호를 수신하도록 구성되는 필터 PCB를 상기 지지 구조체의 제2 영역에 부착하는 단계;
상기 지지 구조체의 제3 영역에 공진 커패시터 PCB를 부착하는 단계
를 포함하고,
상기 공진 커패시터 PCB는 상기 필터 PCB 및 하나 이상의 안테나에 전기적으로 결합되고, 상기 필터 PCB로부터 여과된 신호를 수신하고 상기 여과된 신호를 상기 하나 이상의 안테나로 전송하도록 구성되고,
상기 지지 구조체의 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역은 상기 증폭기 PCB, 상기 공진 커패시터 PCB, 상기 필터 PCB 및 상기 하나 이상의 안테나 사이의 물리적인 분리를 유지하도록 선택되고,
상기 필터 PCB와 상기 증폭기 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리 및 상기 필터 PCB와 상기 공진 커패시터 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리는 적어도 10mm인, 방법.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 도체를 포함하는 3차원 안테나를 포함하고, 상기 도체는 무선 충전 시스템의 작동 주파수에서 근접 효과를 감소시켜 상기 3차원 안테나의 높은 고유 품질 인자(Q)를 유지하기 위해 유전 물질 주위에 일정 각도로 권취되는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 상기 차량 콘솔의 일부에 직접 전착되는 도체를 포함하는 전착 안테나 또는 평면 안테나 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 필터 PCB와 상기 증폭기 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리 및 상기 필터 PCB와 상기 공진 커패시터 PCB 사이의 물리적인 분리의 거리는 교차-결합 손실, 스위칭 손실 또는 히스테리시스 손실 중 적어도 하나를 감소시키도록 선택되는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 지지 구조체의 제4 영역에 제2 필터 PCB를 부착하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2 필터 PCB 내 필터는 상기 증폭기 PCB 내 증폭기에 차동 결합되는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 상기 차량 콘솔 내 하나 이상의 전도성 구조체로부터 적어도 1인치 이상 떨어져 상기 차량 콘솔 내에 배치되어, 상기 안테나의 고유 품질 인자(Q)를 개선하는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 중 각각의 안테나는 상기 차량 콘솔의 컵홀더 또는 상기 차량 콘솔의 패키지 트레이 영역 중 적어도 하나에 또는 그 주위에 배치되는 하나 이상의 전자 디바이스에 무선 충전 신호를 송신하도록 구성되는, 방법.