WO2013062253A1

WO2013062253A1 - 무접점충전시스템 및 무접점충전방법

Info

Publication number: WO2013062253A1
Application number: PCT/KR2012/008281
Authority: WO
Inventors: 김선섭
Original assignee: Kim Seon Seob
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-05-02
Also published as: CN103891098B; US20140300317A1; IN2014CN03578A; EP2797204B1; JP2014534801A; EP2797204A4; CN103891098A; EP2797204A1; US9515515B2

Abstract

본 발명에 따른 무접점충전방법은, 1차 코일(11)을 구비하는 송신부(10)와 2차 코일(21)을 구비하는 수신부(20)를 포함하고, 1차 코일(11)과 2차 코일(12) 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 2차 코일(21)에 전기적으로 연결된 배터리(30)를 충전하며, 전자기유도에 사용하는 충전주파수를 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 위치에 따라 달라지는 배터리(30)의 충전효율에 비례적으로 가변함으로써 배터리(30)의 충전효율을 보완하는 무접점충전시스템(1)에 적용하는 방법으로서, 1차 코일(11)에 2차 코일(21)을 근접시켜 충전을 실행할 때의 충전주파수를 검출하는 단계, 및 검출된 상기 충전주파수로부터 획득한 배터리(30)의 충전효율을 사용자가 알 수 있게 출력하는 단계를 포함한다.

Description

무접점충전시스템 및 무접점충전방법

본 발명은 전자기유도방식의 무접점충전시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 휴대기기에 적용하기 적합한 전자기유도방식의 무접점충전시스템 및 여기에 적용되는 무접점충전방법에 관한 것이다.

휴대전화기를 비롯한 각종 휴대기기의 작동에는 전원공급을 위한 배터리를 필요로 하고, 이런 배터리로는 충전식 배터리를 널리 사용한다. 충전식 배터리는 전통적으로 유선(접점) 충전을 적용하였으나, 최근 무접점(무선) 충전을 널리 사용하고 있다.

가장 일반적인 무접점충전 방식의 하나는 전자기유도방식이고, 도7은 일반적인 전자기유도방식의 무접점충전시스템의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 무접점충전시스템(100)은, 송신부(110)와 수신부(120)를 포함한다. 상기 송신부(110)는 교류전원(111)을 공급받아 작동하는 송신회로(112)와 전자기유도를 위한 1차 코일(113)을 포함한다. 상기 수신부(120)는 송신부(110)의 1차 코일(113)과의 사이에서 전자기유도를 일으키는 2차 코일(121)과 충전회로(122)를 포함한다. 배터리(130)를 수신부(120)의 충전회로(122)에 연결하고 교류전원을 공급받는 1차 코일(113)의 정해진 위치에 2차 코일(121)을 위치시키면, 전자기유도에 의해 배터리(130)가 충전된다.

휴대전화기로 대표되는 휴대기기에 대한 전자기유도방식의 무접점충전은, WPC(Wireless Power Consortium)에서 표준화가 진행되고 있다. WPC는 전자기유도에 의한 전력 전송에 일정 대역의 충전주파수(예, 110 내지 205 kHz)를 사용하고, 수십 밀리미터의 전송거리 내에서 충전을 하도록 표준화하고 있다.

휴대전화기에 적용한 무접점충전시스템에는, 휴대전화기와는 독립된 '충전용 커버'를 사용하는 방식이 있다. 상기 충전용 커버에는 2차 코일과 충전회로를 포함한 수신부가 설치된다. 휴대전화기의 배터리를 커넥터나 케이블 등으로 상기 충전용 커버에 전기적으로 연결한 상태에서, 상기 충전용 커버를 송신부(충전패드)에 올려서 배터리를 충전한다. 그러나 이런 충전용 커버를 사용하는 경우에는 휴대전화기의 무접점충전을 위해 별도로 충전용 커버를 구비해야 하는 불편이 있다.

상기 충전용 커버 대신에, 휴대전화기의 일부인 배터리커버(배터리 교체를 위해 휴대전화기의 후면을 개폐하는 플라스틱 합성수지 사출물의 후면커버)에 수신부(2차 코일과 충전회로, 이때 충전회로는 휴대전화기 본체에 설치하기도 함)를 설치함으로써, 별도의 상기 충전용 커버 없이 휴대전화기 자체로 무접점충전을 실행할 수 있도록 하는 제품이 개발되어 있다.

도8은 휴대전화기에 적용된 종래 무접점충전시스템의 계략 단면도이다. 도8의 무접점충전시스템(200)은, 송신부인 충전패드(210)와 수신부인 휴대전화기의 배터리커버(220)를 포함한다.

상기 충전패드(210: 송신부)는 플라스틱 합성수지 등으로 제작된 케이스(211)에 송신부의 구성들을 내장한 것이다. 구체적으로 충전패드(210)는, 케이스(211)의 저면 위에 회로기판(212)을 적층하고, 그 위에 페라이트(213)를 적층한 후에, 페라이트(213) 위에 루프 형상의 1차 코일(214)을 적층한 다음, 1차 코일(214)의 중앙에 영구자석(215)을 장착한 구조이다. 상기 배터리커버(220: 수신부)는, 플라스틱 사출물(221) 내에 페라이트(222)와 2차 코일(223)을 매립하되, 위쪽에는 배터리(230)와의 사이에 페라이트(222)를 적층하고, 페라이트(222)의 저면에 2차 코일(223)을 적층한 구조이다.

전자기유도에 의해 무접점충전을 할 때, 2차 코일이 1차 코일의 정해진 위치에 위치할 때(1차 코일 중심점과 2차 코일 중심점이 상하 일치될 때), 최대의 충전효율을 달성한다. 이때 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치로부터 벗어날수록 자기장 전달 손실로 인하여 충전효율이 저하되고, 낮아진 충전효율을 보상하는 과정에서 발열이 일어난다. 또한 1차 코일에 대한 2차 코일의 이탈거리가 일정 거리(예, 20mm) 이상 더 멀어지면, 1차 코일에 형성된 전자기장이 2차 코일에 충분히 전달되지 못하여 충전이 중단된다.

전술한 WPC(Wireless Power Consortium)에서는, 무접점충전의 충전효율을 높이기 위한 대책으로서 몇 가지 표준을 제시하고 있다.

첫 번째 표준은, 1차 코일과 2차 코일의 중앙에(또는 1차 코일의 중앙에만) 영구자석을 설치함으로써 자력에 의해 양자 코일의 위치를 정위치로 유도하는 “자석형 무접점충전시스템”이다.

두 번째 표준은, 송신부(1차 코일) 위에 수신부(2차 코일)를 올리면, 2차 코일의 위치를 검출하여 스텝핑모터로 1차 코일을 2차 코일의 위치로 이동해 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치를 정위치시키는 “코일이동형 무접점충전시스템”이다.

세 번째 표준은, 송신부에 1차 코일을 다수개 설치하고 그 위에 2차 코일을 올리면 2차 코일에 가장 근접한 1차 코일에 전류를 인가함으로써 1차 코일과 2차 코일 사이의 유도기전력을 높이는 “복수코일형 무접점충전시스템”이다.

“코일이동형 무접점충전시스템”과 “복수코일형 무접점충전시스템”은 “자석형 무접점충전시스템”에 비해 부품수의 증가 등으로 상대적으로 제품 가격이 상승하는 문제점이 있다. 특히 “코일이동형 무접점충전시스템”은 스테핑모터가 받는 부하를 줄이기 위해 1차 코일의 무게를 제한해야 하는 한계가 있다. “복수코일형 무접점충전시스템”은 1차 코일들의 어레이 구조로 인해 송신부의 크기가 과도하게 증가하는 한편 1차 코일들의 크기를 제한해야 하는 문제점이 있다.

이런 배경으로, “코일이동형 무접점충전시스템”과 “복수코일형 무접점충전시스템”은, “자석형 무접점충전시스템”에 비해 10% 이상의 충전효율 저하가 발생하고, 따라서 현실적으로는 “자석형 무접점충전시스템”을 상대적으로 더 많이 사용하고 있다.

그러나 “자석형 무접점충전시스템”이 상대적으로 낮은 비용으로 양자 코일의 위치를 정위치로 유지할 수 있다고 하더라도, 이를 휴대전화기에 적용할 경우에, 자석의 추가로 인해 휴대전화기의 사이즈 및 중량의 증가를 유발할 뿐만 아니라, 적용한 자석이 휴대전화기에 내장되어 있는 자계이용장치(예, 나침반, 자이로 센서 등)의 오동작을 유발할 수 있는 문제점이 있다.

휴대전화기에 적용된 도8의 무접점충전시스템(200)은 충전패드(210)에만 영구자석(215)을 설치하여 배터리커버(220)의 페라이트(222)가 영구자석(215)에 부착되게 함으로써 2차 코일을 1차 코일의 정위치로 유도하는 구성이다. 이렇게 1차 코일(214)에만 영구자석(215)을 적용할 경우, 영구자석의 자력이 넓은 면적의 페라이트(222)에 작용함으로, 페라이트의 넓이만큼 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 편차가 발생할 수 있기 때문에 최적의 충전효율을 보장하기 어렵게 된다. 또한 높은 자기장의 세기와 높은 투자율을 가진 영구자석과 배터리의 금속성분의 상호작용으로 인해 전자기장이 왜곡되는 것을 방지하기 위해서, 배터리커버(220)에 상대적으로 두꺼운 페라이트(222)를 사용해야 하고, 이것은 휴대전화기의 소형화와 경량화에 악영향을 미친다.

WPC 표준에서는, 전자기유도방식의 무접점충전시스템의 충전효율을 보완하는 또 다른 방법으로, “가변주파수형 무접점충전시스템”을 제시하고 있다.

“가변주파수형”은, 최상의 전력전송제어를 위해 PID(Proportional Integral Differential: 비례적분미분제어)의 알고리즘을 적용하여, 무접점충전에 사용되는 충전주파수를 충전효율에 비례적으로 가변하고 송신부의 전력을 충전효율에 반비례적으로 가변하는 방식이다(WPC Spec Ver1.0.3의 5.2.3.1 Power transfer control 참조).

“가변주파수형”은 단독으로 적용하거나, 전술한 “자석형 무접점충전시스템”이나 “코일이동형 무접점충전시스템” 등과 병합하여 함께 적용한다.

“가변주파수형”은 무접점충전에 사용되는 충전주파수를, 예를 들어 최소 110kHz와 최대 205kHz의 범위에서, 충전효율에 비례적으로 가변하여 사용한다. 예를 들어, 1차 코일과 2차 코일이 정위치에 더 근접할수록(충전효율이 높을수록) 205kHz에 더 근접한 충전주파수를 사용하고, 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치로부터 더 이탈할수록(충전효율이 낮을수록) 110kHz 쪽에 더 근접한 충전주파수를 사용하면서 1차 코일에 인가하는 전류를 증가시킴으로써, 배터리의 충전효율이 적어도 일정 충전효율 이상으로 유지되게 한다.

즉, “가변주파수형”에서는, 송신부의 1차 코일과 수신부의 2차 코일이 정위치에 근접할수록 상대적으로 많은 전자기장이 전달되어 상대적으로 전력전달손실이 낮게 될 때, 송신부는 1차 코일에 상대적으로 높은 충전주파수의 상대적으로 낮은 전력을 인가하고, 반대로 양자 코일이 정위치로부터 이탈할수록 상대적으로 낮은 전자기장이 전달되어 상대적으로 전력의 전달손실이 높게 될 때, 1차 코일에 상대적으로 낮은 충전주파수의 높은 전력을 인가하여 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 이탈에 따른 충전효율손실을 보완한다.

그러나 “가변주파수형”에서 충전주파수와 전력을 변경함으로써 충전효율을 보완하더라도, 예를 들어 2차 코일이 1차 코일 충전 가능한 범위 내의 최외곽 위치에 위치할 경우, 최고 충전효율 대비 약 20% 이상의 충전효율 저하가 발생하고, 이 경우 충전효율 보상을 위해 인가하게 되는 과도한 전력의 상승으로 인하여 심각한 발열을 일으킨다.

이상에서 설명한 종래의 무접점충전시스템은, 2차 코일이 1차 코일로부터 정위치에서 벗어나 있지만 충전이 가능한 범위 내인 경우에, 충전이 실행되고 충전중인 것으로 표시하게 되므로, 사용자는 충전효율이 낮고 발열이 발생하고 있는 상태임을 알지 못하고 계속 충전을 하게 되며, 결국 불필요한 전력 소비를 초래하거나, 발열에 따른 안전 문제가 발생할 수 있다.

따라서 전자기유도방식의 무접점충전시스템에서는 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 위치시키는 것이 매우 중요하고, 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 벗어나더라도 발열을 최소화할 필요가 있다.

휴대전화기의 무접점충전에 관한 종래기술로서는, 대한민국 공고특허 제10-1995-0005819호(1995. 05. 31. 공고)의 '무선 전화기의 무접점충전시스템', 및 대한민국 등록실용신안 제20-0217303호(2001. 01. 08. 등록)의 '무선 충전 장치' 등이 있다.

전자기유도방식의 무접점충전에서의 충전효율 개선에 관련하여, 충전에 관여하는 전력(전류나 전압)을 검출하고 이를 근거로 충전효율을 획득하여 이를 사용자에게 표시하여 줌으로써, 사용자로 하여금 보다 높을 충전효율로 충전할 수 있도록 유도하는 방법들이 제안되어 있다.

휴대전화기에서 전력(전류나 전압)을 검출하여 얻는 백분율 충전효율은, 입력에서 공급되는 전력에 대한 출력에서 소비되는 전력의 비율을 백분율, 즉(Power_out/ Power_in)×100로 나타낼 수 있다. 여기에서 “Power_out”은 배터리의 “충전전압×충전전류”이고 휴대전화기에서 제어되며, “Power_In”은 송신부(충전패드)의 “공급전압×소비전류”이다.

예를 들면, 2차 코일의 정류회로(Power_out)에서 배터리에 공급되는 충전전압이 5V이고 충전전류가 600mA로 충전되는 것을 상정할 때, 출력전력(Power_out)은 3W가 되고, 충전패드의 1차 코일에서 소비되는 전력은 충전패드의 DC 공급전압(예, 19V)이 일정하다고 가정하고 충전패드의 소비전류가 약 226mA 일 때 대략 70%의 충전효율이 된다.

전력(전압이나 전류)을 검출하여 얻는 백분율 충전효율은, 충전패드의 입력전력과 휴대전화기의 출력(충전)전력을 모두 측정한 후에, 일측의 장치(송신부인 충전패드 또는 수신부인 휴대전화기)에서 측정한 값을 타측의 장치(수신부인 휴대전화기 또는 송신부인 충전패드)에 전달하여야만 획득할 수 있다.

그러나 상기 두 장치(충전패드와 휴대전화기)는 서로 분리된 상태이므로, 어느 한 장치에서 측정한 전력(전류 또는 전압)을 다른 장치에 전달하기 위해서는 데이터 전송을 위한 별도의 무선통신수단을 필요로 하므로, 전력(전압 또는 전류)의 측정치에 의한 충전효율의 계산은 비효율적이고 매우 복잡한 방법이다.

더욱이 휴대전화기에 사용되는 예를 들어 리튬이온(Li-ion)이나 리튬 폴리머(Li-Polymer) 배터리는, 급속한 충전과 방전에 의한 폭발의 위험을 방지하는 등 안정성을 보장하기 위해, 배터리에 유입되는 충전전류를 휴대전화기에서 적절히 제어하고 있고(예: Trickle Charge, Pre-Charge, Fast Charge, 및 End of charge), 충전전압도 일정하게 유지할 것을 요구하고 있다는 점을 고려한다면, 전력(전압이나 전류)에 근거한 충전효율의 계산은 휴대전화기의 실제 사용 환경에 적용하기에 쉽지 않다.

무접점충전시스템의 충전효율을 개선하기 위한 다른 종래기술로서는, 대한민국 공개특허 제10-2010-0074595호(2010. 07. 02. 공개)의 '무선 충전시스템 및 방법', 대한민국 등록특허 제10-1063154호(2011. 09. 01. 등록)의 '무접점충전 장치', 대한민국 공개특허 제10-2009-0025876호(2009. 03. 11. 공개)의 '위치인식 무접점 전력 공급장치와 배터리 충전장치 및 이를 이용한 충전시스템', 대한민국 공개특허 제10-2009-0059507호(2009. 06. 11.)의 '충전상태 표시기능을 갖는 무접점충전장치 및 그 충전방법' 등이 있다.

본 발명의 목적은, 전자기유도방식의 무접점충전시스템에 관련하여, 배터리의 충전효율을 사용자가 알 수 있게 출력함으로써, 사용자로 하여금 더 높은 충전효율을 갖는 위치로 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치를 조절할 수 있도록 유도하고, 결과적으로 더 높은 충전효율로 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써 불필요한 전력의 소비를 줄일 수 있도록 함과 아울러, 충전 과정에서 발생하는 발열을 줄이고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 전자기유도방식의 무접점충전시스템의 충전 과정에서 발생할 수 있는 발열의 문제를 최소화하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라, 무접점충전시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 무접점충전시스템은, 1차 코일을 구비하는 송신부와 2차 코일을 구비하는 수신부를 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전한다.

본 발명에 따른 무접점충전시스템은, 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 위치에 따라 달라지는 상기 배터리의 충전효율에 비례적으로 전자기유도에 사용하는 충전주파수를 가변함으로써 상기 배터리의 충전효율을 보완한다.

본 발명에 따른 무접점충전시스템은, 상기 송신부 또는 상기 수신부에 설치되는 충전효율알림장치를 포함한다. 상기 충전효율알림장치는, 상기 송신부에 상기 수신부를 근접시켜 충전을 행할 때의 상기 충전주파수를 검출하는 주파수검출부, 및 검출된 상기 충전주파수로부터 획득한 상기 배터리의 충전효율을 사용자가 알 수 있도록 출력하는 알림부를 포함한다.

본 발명에 따른 무접점충전방법은, 상기 1차 코일에 상기 2차 코일을 근접시켜 충전을 실행할 때의 상기 충전주파수를 검출하는 단계, 및 검출된 상기 충전주파수로부터 획득한 상기 배터리의 충전효율을 사용자가 알 수 있게 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명의 무접점충전방법은, 검출된 상기 충전주파수로부터 획득된 상기 배터리의 충전효율이 정해진 충전효율보다 낮을 경우에, 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 정위치 이탈을 경고하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 무접점충전방법은, 상기 정위치 이탈을 경고한 이후 정해진 시간 경과 후에, 상기 송신부에 대한 상기 수신부의 위치 변경에 따른 상기 충전주파수의 변화가 검출되지 않을 경우에, 상기 배터리의 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하거나 상기 무접점충전을 중단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 무접점충전방법은, 상기 충전주파수 검출단계에는, 상기 송신부에 대한 상기 수신부의 다수 위치에서 상기 충전주파수를 검출하고, 다수의 검출된 상기 충전주파수들에서 최소값과 최대값을 획득하여 여기에 오프셋 값을 조정함으로써 상기 전자기유도에 사용하는 상기 충전주파수를 교정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 무접점충전방법은, 상기 충전주파수 검출단계에서 검출된 상기 충전주파수가 상대적으로 높으면 상대적으로 높은 충전전류를 설정하고, 검출된 상기 충전주파수가 상대적으로 낮으면 상대적으로 낮은 충전전류를 설정하는 방식으로, 상기 충전주파수와 비례의 관계로 상기 배터리의 충전전류를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 무접점충전방법은, 검출된 상기 충전주파수가 정해진 주파수보다 낮을 때에는 상기 무접점충전을 중단할 수 있다.

본 발명에 따른 무접점충전시스템 및 무접점충전방법에 의하면, 배터리의 충전효율을 사용자가 알 수 있는 방법으로 알려줌에 따라, 사용자로 하여금 더 높은 충전효율을 갖는 위치로 1차 코일(송신부)에 대한 2차 코일(수신부)의 위치를 조절할 수 있도록 유도하고, 결과적으로 가능한 높은 충전효율로 배터리의 무접점충전을 실행할 수 있도록 함으로써 불필요한 전력 소비에 의한 에너지 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있으며, 아울러 충전 과정에서 발생하는 발열의 문제를 최소화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 사용자에게 알려주기 위한 배터리의 충전효율을 획득하는 것에, 배터리의 충전효율에 비례적으로 가변하고 송신부와 수신부에서 동일 값을 가지는 충전주파수를 이용함으로, 충전효율을 획득하기 위해 관련 데이터를 송신부와 수신부 사이에 전송할 필요가 없다.

본 발명에 의하면, 배터리의 충전효율(충전주파수)에 비례적으로 충전전류를 설정하는 것을 통해, 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 이탈에 따른 충전효율의 저하로 인해 유발되는 발열문제를 해소할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 예시적인 무접점충전시스템의 개략도,

도2는 본 발명에 적용되는 예시적인 2차 코일의 개략도,

도3은 본 발명에 따른 무접점충전시스템의 예시적인 충전효율알림장치의 블록도,

도4는 본 발명에 따른 무접점충전시스템의 다른 예시적인 충전효율알림장치의 블록도,

도5는 본 발명에 따른 예시적인 무접점충전방법의 흐름도,

도6은 본 발명의 무접점충전방법에서 발열을 제어하는 개념을 보여주는 도면,

도7은 일반적인 종래 전자기유도 방식의 무접점충전시스템의 개략도,

도8은 종래 휴대전화기에 적용된 전자기유도 방식의 무접점충전시스템의 개략 단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 무접점충전시스템 및 무접점충전방법을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무접점충전시스템(1)은, 예를 들어 휴대전화기로 대표되는 휴대기기의 배터리를 충전하는 것에 사용하기 적합한 전자기유도방식의 시스템으로서, 종래와 마찬가지로, 1차 코일(11)을 구비한 송신부(10)와 2차 코일(21)을 구비한 수신부(20)를 포함한다.

도1에 도시된 구체예는 송신부(10)로서 충전패드를 적용하고 수신부(20)로서 휴대전화기의 배터리커버(20)가 적용한 예이며, 이하에서는 송신부와 충전패드에 동일한 도면부호 “10”을 사용하고, 배터리커버와 수신부에 동일한 도면부호 “20”을 사용한다.

도1에 예시된 송신부로서의 충전패드(10)는, 플라스틱 합성수지 등으로 제작된 케이스(13)의 내부 저면에, PCB(인쇄회로기판)과 같은 기판(14)을 적층하고, 기판(14) 위에 송신부 페라이트(12)를 적층하고, 송신부 페라이트(12) 위에 1차 코일(11)을 적층한 예이다. 도1에 예시된 수신부로서의 배터리커버(20)는, 플라스틱 사출물(23)의 내에 하측에 전자기유도를 위한 2차 코일(21)을 적층하고 상측에 수신부 페라이트(22)를 적층한 예이다.

2차 코일(21)은, 도2에 예시된 바와 같이, 베이스박막필름(21a) 위에 코일을 형성하는 루프 패턴의 전도성박막(21b)을 적층한 형태로 제공할 수 있다. 구체적으로, 2차 코일(21)은, 폴리이미드필름(예, 두께 0.025mm 이하)과 같은 베이스박막필름(21a)의 상하 양면에 동박과 같은 전도성박막(21b: 예, 두께 0.070mm 내지 0.105mm)을 피복한 전도성박막필름에 대해, 목적하는 패턴(루프 형태)에 맞게 상하 양면의 전도성박막을 에칭 가공하여 형성할 수 있다.

이때, 전도성박막필름의 일측면에 있는 전도성박막에는 루프 형상의 코일(21b)과 하나의 단자접속부(21c)를 형성하고, 타측면에 있는 전도성박막에도 루프 형상의 코일(21b)과 하나의 단자접속부(21c)를 형성한 다음에, 상하 코일들의 내측단에 대응하는 위치의 베이스박막필름(21a)에 비아홀(21d)을 형성하고, 비아홀(21d)을 통해 도금을 함으로써 상하 양면에 있는 코일들을 전기적으로 연결할 수 있다.

2차 코일(21)은, 양면 전도성박막필름이 아닌 일면에만 전도성박막이 피복된 일면 전도성박막필름을 사용하여 베이스박막필름의 일면에만 코일을 형성하는 것, 에칭 공정을 적용하지 아니하고 베이스박막필름의 일면 또는 양면에 전도성 잉크로 루프 패턴의 코일을 인쇄하는 것, 전도성박막필름의 일면 또는 양면의 전도성박막을 에칭이 아닌 프레싱 가공으로 루프 패턴의 코일을 형성하는 것 등과 같이, 무접점충전의 수신부 코일로 기능할 수 있다면, 다양한 다른 방법으로 제조할 수 있다.

상기 수신부 페라이트(22)로는, WPC에서 표준화된 충전주파수 대역에 대응하도록 망간과 니켈이 적정량 배합한 페라이트를 사용할 수 있다.

2차 코일(21)과 수신부 페라이트(22)는, 인몰드 사출방식으로 플라스틱 사출물(23) 속에 매립할 수도 있고, 완성된 배터리커버(20)의 내면에 부착하여 배터리(30)와의 사이에 위치하도록 할 수도 있다.

본 발명의 무접점충전시스템(1)을 휴대전화기에 적용할 경우에, 전술한 바와 같은 방법으로 제작된 예를 들어 0.25mm 이하의 2차 코일(21)과 예를 들어 0.30mm 이하의 수신부 페라이트(22)를 배터리커버(20)에 적용하면, 배터리커버(20)의 플라스틱 사출물(23)에 2차 코일(21)과 페라이트(22)를 적용하는 것으로부터 기인되는 두께의 증가가 단지 0.55mm 이하에 불과하게 되므로, 휴대전화기의 소형화 및 경량화에 부합할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 위치시키기 위해 영구자석을 적용하는 경우, 영구자석이 페라이트시트의 손실을 증가시켜 1차 코일과 2차 코일 사이의 전자기유도를 방해할 수 있는 바, 본 발명의 무접점충전시스템(1)은 영구자석을 적용하지 않은 시스템에 적용하는 것을 기본으로 하지만, 영구자석 적용과 병용하는 것을 배제하지 아니한다.

본 발명에 따른 무접점충전시스템(1)은, 전술한 WPC 표준의 “가변주파수형 무접점충전시스템”이 적용된 시스템에 적용한다. 즉, 본 발명은 1차 코일(11)과 2차 코일(21) 간의 전자기유도에 의해 2차 코일(21)에 전기적으로 연결된 배터리(30)를 충전하되, 전자기유도에 사용하는 충전주파수를 배터리(30)의 충전효율에 비례적으로 가변시킴으로써 배터리(30)의 충전효율을 보완하도록 구성된 무접점충전시스템에 적용한다.

전술한 바와 같이, “가변주파수형 무접점충전시스템”은, 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 이탈에 따라 저하되는 충전효율을 보완하기 위해, 충전주파수(예, 110 내지 205 kHz)를 가변하고 있다. 이에 의하면 두 코일이 정위치에 근접할수록(즉, 충전효율이 높을수록) 전자기유도에 더 높은 충전주파수(예, 최대 205 kHz)를 사용하고, 정위치로부터 벗어날수록(즉, 충전효율이 낮을수록) 더 낮은 충전주파수(예, 최소 110 kHz)를 사용하게 되므로, 결과적으로 전자기유도에 사용되는 충전주파수는 충전효율과 비례적인 상관관계를 가지며, 달리 말하면 충전주파수는 양자 코일의 정위치로부터의 이탈거리에 반비례적인 상관관계를 가지게 된다.

WPC의 표준에 따른 가변주파수형 무접점충전시스템의 충전주파수와 충전효율의 상관관계는 표 1과 같이 예시할 수 있으며, 표 1을 보면 충전주파수와 충전효율은 비례의 상관관계가 있음을 알 수 있다.

표 1

본 발명에 따른 무접점충전시스템(1)은, 충전효율알림장치(40)를 포함한다. 상기 충전효율알림장치(40)는 충전효율과 비례적인 관계에 있는 전자기유도에 사용된 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수로부터 충전효율을 획득하여 사용자가 알 수 있는 방법으로 출력한다.

충전효율알림장치(40)는 주파수검출부(41)와 알림부(42)를 포함한다. 상기 주파수검출부(41)는 송신부(10)에 수신부(20)를 근접시켜 충전을 행할 때 사용되는 충전주파수를 검출하고, 알림부(42)는 주파수검출부(41)에 의해 검출된 충전주파수로부터 획득한 배터리(30)의 충전효율을 사용자가 알 수 있도록 출력한다.

충전효율알림장치(40)는, 충전패드(10:송신부)에 설치할 수도 있고 배터리커버(20:수신부)가 장착되는 휴대전화기에 설치할 수도 있다. 도1에서 충전효율알림장치(40)를 충전패드(10)와 배터리커버(20)의 양측 모두에 도시한 것은 충전효율알림장치(40)를 어느 쪽에 설치하여도 상관없음을 도식적으로 나타낸 것이다.

도3은 충전패드(10)에 충전효율알림장치(40)를 설치한 예로서, 주파수검출부(41)가 발진부(43)에 의해 1차 코일(11)로부터 발진되는 충전주파수를 검출하고, 증폭부(44)는 검출된 충전주파수를 적정 레벨로 증폭하고, 변환부(45)는 증폭된 충전주파수를 디지털신호로 변환하고, 연산부(46)에서는 충전주파수와 충전효율의 비례적인 상관관계에 근거하여, 검출된 충전주파수에 대응하는 충전효율을 획득하고, 알림부(42)는 충전효율을 사용자가 알 수 있는 방법으로 출력한다.

도4는 휴대전화기 측에 충전효율알림장치(40)를 설치한 예로서, 주파수검출부(41)는 1차 코일(11)에 의해 전자기유도 된 2차 코일(21)로터 발진되는 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수로부터 증폭부(44), 변환부(45) 및 연산부(46)를 통해 충전효율을 획득하고, 알림부(42)는 충전효율을 출력하여 사용자가 알 수 있게 한다.

상기 알림부(42)는 충전효율을 사용자가 용이하게 인식할 수 있도록 출력하는 것이라면 제한되지 아니하며, 예를 들어 LCD나 LED와 같은 시각적 디스플레이장치와 스피커와 같은 청각적 오디오장치 중에 적어도 하나를 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서 알림부(42)를 통해 배터리(30)의 충전효율을 사용자에게 알려준다고 하는 것은, 1차 코일(11: 송신부)에 2차 코일(21: 수신부)을 근접시켜 충전을 실행할 때, 사용자로 하여금 그때의 충전효율의 상태(예, 양호, 불량 등)를 알 수 있도록 하는 모든 시청각적인 출력을 포함하는 것을 의미한다.

알림부(42)로서 디스플레이장치를 적용한 경우, 예를 들어 충전효율을 1단계 내지 5단계와 같은 단계로 표시하는 것(상기 표 1 참조), 퍼센트의 숫자로 표시하는 것, 막대그래프로 표시하는 것, 색상으로 표시하는 것 등, 사용자가 충전효율을 용이하게 인식할 수 있는 방법이라면 특히 제한되지 아니한다.

디스플레이장치에 충전효율을 출력할 때, 충전효율이 일정 기준에 미치지 못할 경우 충전패드(송신부)에 대한 휴대전화기(수신부)의 위치를 정위치로 이동시킬 것을 권고하는 문자나 영상을 출력할 수도 있다.

알림부(42)로 오디오장치를 적용하는 경우, “불량”, “보통” “양호”와 같은 음향을 스피커를 통해 출력하고, 아울러 충전패드(송신부)에 대한 휴대전화기(수신부)의 위치를 정위치로 이동시킬 것을 권고하는 음향을 출력할 수 있다.

사용자는 알림부(42)를 통해 출력되는 시각적 및/또는 청각적 알림 내용을 보거나 듣고, 충전효율이 낮을 경우에는 충전패드(10)에서의 휴대전화기(즉, 배터리커버)의 위치를 충전효율이 더 높은 위치로 이동시킴으로써 더 높은 충전효율로 배터리를 충전할 수 있다.

충전효율알림장치(40)를 휴대전화기 측에 설치할 경우, 충전효율알림장치(40)는 휴대전화기의 본체에 설치할 수 있고, 이때 알림부(42)는 휴대전화기의 본래의 용도로 사용되는 디스플레이장치(LCD 등)나 오디오장치를 겸용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 무접점충전시스템(1)에서의 충전효율의 획득은, 송신부(10)와 수신부(20)에서 전력(전압이나 전류)를 검출 및 전송하여 획득하는 것이 아니라, 송신부와 수신부에서 동일 값을 가지는 충전주파수를 검출하여 획득하는 것이므로, 송신부(10: 충전패드)와 수신부(20: 배터리커버 또는 배터리커버가 장착된 휴대전화기) 중 어느 한쪽에서 독립적으로 충전주파수를 검출하여 바로 충전효율을 획득할 수 있으며, 따라서 송신부와 수신부에서 검출한 데이터를 상호 송수신할 필요가 없게 되므로, 결과적으로 충전효율의 획득을 위한 데이터 전송용 통신수단이 필요 없다.

더욱이 휴대전화기과 같은 휴대기기에서는 안전을 위해 충전전류나 충전전압을 변동시키고 있는 바, 본 발명의 시스템은, 충전환경에 따라 가변적인 충전전류나 충전전압에 기초하여 충전효율을 획득하는 것이 아니라, 오로지 충전효율과 비례적 상관관계만을 가지는 충전주파수에 기초하여 충전효율을 획득하는 것이므로, 변동성 없이 정확하고 간편하게 충전효율을 획득할 수 있고 이를 출력할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 무접점충전방법을 설명한다.

본 발명의 무접점충전방법은, 1차 코일(11)에 2차 코일(21)을 근접시켜 충전을 실행할 때의 충전주파수를 검출하는 단계와, 검출된 충전주파수로부터 획득한 배터리(30)의 충전효율을 시각적 및/또는 청각적으로 출력하는 단계를 포함한다.

사용자는 출력되는 충전효율에 관한 정보를 파악하고, 송신부(10: 충전패드)에 대한 수신부(20: 배터리커버가 장착된 휴대전화기)의 위치를 이동시킴으로써 보다 높은 충전효율을 나타내는 수신부(20)의 위치를 탐색하고, 보다 높은 충전효율로 배터리(30)를 충전할 수 있게 된다.

부가하여, 알림부(42)를 통해 단지 충전효율을 출력하는 것만으로는 낮은 충전효율로 충전되고 있는 상태를 사용자에게 인식시키는 것이 불충분할 수 있으므로, 검출된 충전주파수로부터 획득된 충전효율이, 정해진 (한계)충전효율(예, 50%)에 이르지 못하는 상태일 경우, 알림부(42)를 통한 경고 또는 배터리커버(20: 수신부)가 장착된 휴대전화기의 디스플레이장치나 오디오장치를 통한 경고와 같이, 사용자가 알 수 있는 방식으로, 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 불일치를 경고할 수 있고, 이런 불일치의 경고를 통해 사용자가 송신부(10)에 대한 수신부(20)의 보다 바람직한 위치로의 이동을 보다 적극적으로 실행하도록 유도할 수 있다.

상기 불일치의 경고에도 불구하고 사용자가 송신부(10)에 대한 수신부(20)의 위치를 변경하지 아니하고 방치할 경우, 즉, 불일치의 경고를 하고 정해진 시간이 경과한 후에 다시 검출한 충전주파수가 그 이전의 충전주파수와 변화가 없을 때, 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하거나 무접점충전을 중단할 수도 있다.

즉, 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 이탈로 인해 충전효율이 저하된 상태에서는 급격하게 발열이 일어날 수 있는 바, 이럴 경우에 충전전류를 낮게 유지하거나 충전을 중단하여 2차 코일에 흐르는 전류를 감소시키거나 중단함으로써, 2차 코일에서의 발열 위험을 방지한다.

상기 표 1의 충전주파수와 충전효율의 상관관계는 상기 “가변주파수형 무접점충전시스템”에 적용할 수 있는 하나의 예시적 상관관계일 뿐이며, 가변주파수형을 채택하여 상호 호환되는 충전패드(송신부)라고 하더라도 충전주파수의 범위가 서로 다르고 불가피한 편차가 있을 수 있는 바, 본 발명에 따른 무접점충전방법은 충전패드마다 존재할 수 있는 충전주파수의 편차를 계측하여 이를 교정함으로써 불특정 충전패드에 대한 배터리의 충전효율을 보다 효율적으로 관리할 수 있다.

예를 들어 표 1에 예시된 충전주파수와 충전효율의 상관관계에 대한 오프셋 값을 적용하여 교정함으로써 보다 높은 충전효율로 무접점충전이 가능하도록 할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 무접점충전방법은, 호환성 있는 임의의 불특정 충전패드로 특정 휴대전화기를 무접점 충전할 때, 상기 충전주파수 검출단계에서, 송신부(10)에 대한 수신부(20)의 다양한 위치를 스캔하여 다수 위치에서의 충전주파수들을 검출하고, 검출된 충전주파수들에서 최소값과 최대값을 획득하여 오프셋 값을 조정함으로써 전자기유도에 사용하는 충전주파수를 교정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 충전주파수의 교정단계에서는, 충전패드에 휴대전화기를 접근하여 충전을 시작할 때, 상기 알림부(42) 등에 교정 여부를 묻는 내용을 출력할 수 있고, 교정을 선택하면 휴대전화기를 충전패드에서 수평으로 상하좌우방향으로 이동하게 하여 각각 충전주파수를 검출한 후에, 가장 낮은 충전주파수와 가장 높은 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수부터 표 1에 예시된 충전주파수와 충전효율의 상관관계의 오프셋 값을 재조정함으로써 충전패드의 변경에 따른 충전주파수 편차를 교정하여 보다 높은 충전효율을 달성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 무접점충전방법을 도5의 흐름도를 통해 예시적으로 설명한다.

배터리의 충전은 그 잔량에 따라 충전전류를 제어하는 것이 일반적인 바, 통상적으로 충전 과정은 유선이든 무선이든 Trickle Charge Mode(수 mA 이내), Pre-Charge Mode(수십 mA 이내), Fast Charge Mode(수백 mA) 및 End of Charge(충전종료)의 단계로 진행된다.

충전패드(10: 송신부)에 휴대전화기(배터리커버: 20, 수신부)를 올리면 우선 Trickle Charge Mode로 무접점충전이 개시되고(S10), 해당 위치에서의 충전주파수를 검출하여 충전효율을 획득 및 출력한다(S20).

사용자는 알림부(42)에 표시된 충전효율을 파악하고 충전효율이 원하는 정도에 이르지 않은 경우 충전패드에 대한 휴대전화기의 위치를 변경함으로써 보다 높은 충전효율을 나타내는 위치로 휴대전화기의 위치를 이동할 수 있다. 이런 위치이동이 있으면 충전주파수가 변화되는 바, 본 발명의 무접점충전시스템은 정해진 시간 내에 충전주파수의 변화가 있는지 판단하고(S21), 충전주파수의 변화가 있으면(YES, 즉 사용자가 휴대전화기의 위치를 이동시켰으면), 변화된 충전주파수로부터 획득된 충전효율을 다시 출력하는 과정(S20)을 반복하도록 할 수 있으며, 이런 반복 과정을 통해 사용자는 자발적으로 보다 높은 충전효율을 보이는 위치를 찾아 충전패드에 휴대전화기를 위치시킬 수 있다.

S20 및 S21 과정을 더 이상 진행하지 않을 경우(즉, 충전주파수의 변화 없이 일정 시간이 경과하면), 최종 획득된 충전효율이 정해진 (한계)충전효율(예, 50%)을 이상인지를 판단한다(S30).

획득된 충전효율이 정해진 충전효율에 이르지 못하면(NO), 예를 들어 알림부(42)를 통해 경고를 하고(S41), 사용자로 하여금 충전패드(10)에 대한 휴대전화기의 위치를 이동(S42) 하도록 유도하며, 경고 후 정해진 시간 경과 후에 다시 충전주파수를 검출하여 다시 검출한 충전주파수가 직전의 충전주파수와 차이가 있는지(변화되었는지) 판단한다(S43).

정해진 시간 후에 충전주파수가 변화되었으면(YES), 변화된 충전주파수로부터 충전효율을 획득 및 출력하며(S44), 이때 알림부(42) 등을 통해 충전효율이 높은 위치(정위치)를 안내할 수도 있다(S44).

충전주파수 교정 기능이 탑재되어 있고 무접점충전을 개시한 후에 사용자가 교정 모드를 선택한 경우(도시 생략)에는, 최소값 및 최대값의 충전주파수를 나타내는 위치로 휴대전화기를 이동하도록 안내하여 충전주파수를 교정할 수 있다.

이후, 단계 S44에서 검출된 충전주파수로부터 획득된 충전효율이 한계충전효율 이상인지를 다시 판단하고(S30), 한계충전효율에 이르지 못한 경우(NO)에는 다시 단계 S41 내지 S44를 반복 실행한다.

충전효율이 정해진 한계충전효율에 이르지 않음에도 불구하고 사용자가 충전패드에서 휴대전화기의 위치를 변경하고 있지 아니하는 경우, 사용자로 하여금 보다 높은 충전효율을 나타내는 위치로 휴대전화기의 위치를 이동할 수 있도록 알려 주는 것(경고하는 것)이 바람직할 수 있는 바, 상기 단계 S41 내지 단계 S44는 경고를 통해 사용자로 하여금 보다 높은 충전효율을 보이는 위치를 찾아 충전패드에 휴대전화기를 위치시키도록 유도하는 과정이다.

단계 S30에서 충전효율이 한계충전효율 이상인 경우(YES)에는, 배터리의 충전이 완료되었는지 판단하고(S50), 완료 되었으면 충전을 종료한다(S60). 이때 배터리의 충전이 완료되지 않았으면(NO), 충전전류를 Pre-Charge Mode(수십 mA 이내) 또는 Fast Charge Mode(수백 mA)로 변경하고(S71), 다시 충전주파수를 검출하여 충전효율을 획득 및 출력한다(S72). 그리고 다시 검출된 충전주파수로부터 획득된 충전효율이 한계충전효율 이상인지를 판단하고(S30), 충전이 완료될 때까지 S41 내지 S44 및 S71 및 S72 과정을 반복한다.

단계 S43에서 정해진 시간 내에 충전주파수의 변화가 없으면(NO), 충전전류를 제한된 낮은 전류(예, 300mA)로 설정하여 충전을 진행하고(S80), 단계 S50으로 돌아가 배터리의 충전이 완료되었는지를 판단한다.

충전전류를 제한된 전류로 설정함에 있어서, 일반적으로 배터리의 충전전류는 예를 들어 500mA 이하일 경우에 전자기유도의 자기장 불일치에 의한 손실에 더하여 회로구조(TX+RX)로부터도 추가로 손실이 발생하는바, 회로구조의 효율이 안정되는 600mA 이상의 충전전류를 빠르게 ON/OFF 하면서 듀티비(duty ratio)를 조정하여 평균 충전전류를 제어하는 것이 효율 안정화 측면에서는 바람직할 수 있다.

예를 들어, 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 이탈로 인한 충전효율의 저하로 충전전류를 300mA로 제한한다고 할 때, 계속적으로 300mA로 충전전류를 설정하면 회로구조에 의한 효율저하가 발생하게 되므로, 600mA로 충전전류를 설정하고 ON/OFF 주기를 1:1로 하면 평균 충전전류가 300mA가 되면서 회로구조에서 발생할 수 있는 추가적인 효율 저하를 감소시킬 수 있다. 충전전류를 400mA 또는 200mA로 제한할 때에도 마찬가지로 ON/OFF 시간을 조정하여 회로구조에서 발생하는 효율저하를 감소시킬 수 있다.

도5에는, 단계 S20과 단계 S21에 따른 사용자에 의한 자발적 위치이동과, 단계 S41 내지 단계 S44에 따른 경고를 통한 위치이동이 모두 적용되어 있지만, 양자 중에 어느 한 과정만을 적용하여도 본 발명의 목적을 달성할 수 있음은 당연하다.

전술한 WPC 표준의 “자석형 무접점충전시스템”과 “가변주파수형”이 복합적으로 적용된 무접점충전시스템의 경우, 동일조건이라면 충전패드(송신부)에 적용된 자석으로 인하여 충전주파수는 대략 30kHz~40kHz 정도의 오프셋값이 발생하게 되는 바, 본 발명의 무접점충전시스템(1)에 예를 들어 마그네틱검출센서(도시 생략)를 추가로 설치하고 상기 마그네틱 검출선세에 의해 마그네틱이 검출된 경우 상기 오프셋 값(30kHz~40kHz) 만큼 자동으로 충전주파수를 교정하도록 할 수도 있다.

본 발명의 다른 구체예에서, 본 발명의 무접점충전방법은, 상기 충전주파수 검출단계에서 검출된 충전주파수가 상대적으로 높으면 상대적으로 높은 충전전류를 설정하고, 검출된 충전주파수가 상대적으로 낮으면 상대적으로 낮은 충전전류를 설정하는 방식으로, 충전주파수와 비례의 관계로 배터리(30)의 충전전류를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 검출된 충전주파수가 정해진 특정 주파수보다 낮을 때에는 무접점충전을 중단할 수 있다.

즉, 본 구체예에서는 충전전류를 일정한 값으로 고정하거나 충전효율에 반비례적으로 설정하는 것이 아니라, 검출된 충전주파수에 비례적인 상관관계로 충전전류를 설정함으로써 결과적으로 충전효율에 비례적으로 충전전류를 설정할 수 있다.

본 구체예에 의하면, 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치가 정위치에 근접할수록 더 높은 충전전류를 설정하고 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치가 정위치로부터 더 이탈할수록 더 낮은 충전전류를 설정한다.

아래의 표 2는 충전주파수에 비례적으로 설정된 충전전류의 예를 보여준다.

표 2

이와 같은 충전주파수에 비례적인 충전전류의 설정은, 예를 들어 수신부인 휴대전화기 측에 설치된 주파수검출부(41)에 의해 검출된 충전주파수에 따라 비례의 관계로 충전전류를 가변시키는 소프트웨어를 휴대전화기에 설치하여 이를 충전회로에 적용함으로써 실현할 수 있다.

본 구체예에 따라, 1차 코일에 대해 2차 코일이 정위치에 근접하여 상대적으로 충전효율이 높아 발열의 요인이 더 낮은 상태에서는 상대적으로 높은 충전전류로 충전을 함으로써 발열의 문제없이 충전 속도를 높이고, 정위치로부터 이탈되어 상대적으로 충전효율이 낮아 발열의 요인이 더 높은 상태에서는 상대적으로 낮은 충전전류로 충전하여 발열의 최소화하면서 충전함으로써, 결과적으로 정위치에 위치하거나 정위치로부터 벗어나 위치하는 것에 상관없이 발열의 염려를 최소화하면서 충전할 수 있다.

충전이 가능한 범위 내이긴 하지만, 1차 코일에 대한 2차 코일의 이탈 정도가 과도하여 발열의 요인이 매우 높음으로써 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하는 것만으로는 목적하는 정도로 발열을 억제할 수 없는 경우에는, 충전 자체를 중단하여 충전으로 인한 발열 문제를 해소할 수 있다.

1차 코일에 대한 2차 코일의 위치(정위치 또는 최외각), 충전전류의 변화(600mA 또는 300 mA), 및 충전시간의 경과(0-120분)에 따른 발열온도를 보여주는 표 3를 살펴보면, A열은 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 위치한 상태에서 충전시간에 따른 발열온도를 측정한 것이고(본 발명 및 종래기술), B열은 2차 코일이 1차 코일의 중심으로부터 충전 가능한 범위에서 최외각에 위치하고 충전전류를 높게(600mA) 유지한 상태에서 충전시간에 따른 발열온도를 측정한 것이며(종래 기술), C열은 2차 코일이 1차 코일의 중심으로부터 충전 가능한 범위에서 최외각에 위치하고 충전전류를 낮게(400mA) 유지한 상태에서 충전시간에 따른 발열온도를 측정한 것이다(본 발명). 표 3의 측정 온도는 상온에서부터 상승한 온도이며, 측정 온도는 측정조건 등에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나 그 방향성은 유지한다.

표 3

표 3의 A열로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 코일과 2차 코일이 정위치에 있는 정상적인 경우에는, 본 발명과 종래기술은 모두 충전전류가 600mA로 설정된 상태에서, 충전시간의 경과에 따라 발열온도가 상승하기는 하지만 그 정도는 상대적으로 미미함을 알 수 있다.

표 3의 B열로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 코일로부터 2차 코일이 이탈되어 있음에도 불구하고 충전전류를 그대로 600mA로 유지한 종래 기술에서는, 충전시간의 경과에 따라 발열온도가 급격히 상승하였으며, 이 경우 2차 코일의 위치를 정위치로 변경하지 아니하면 매우 위험한 상태에서 충전을 하는 결과가 된다. 이때 충전을 준비하는 초기의 발열온도가 이미 50.4℃에 이르는 것은 충전을 대기하고 있던 상태에서조차 발열에 의해 온도상승이 일어났기 때문이다.

이에 반하여, 표 3의 C열로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 코일로부터 2차 코일이 이탈함에 따라 충전전류를 300mA로 설정한 본 발명에서는, 충전시간의 경과에 따라 발열온도의 상승은 있지만, 충전을 계속해도 발열의 위험이 없을 정도로 온도 상승의 정도가 현격하게 감소되었음을 볼 수 있다.

도6은 충전주파수에 비례적으로 충전전류를 설정하는 본 발명의 구체예를 종래 기술에 대비한 도면이다. 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치가 정위치와 최외각 위치 사이에서 가변할 때(도6의 A 참조), 정위치로부터의 이탈거리에 반비례적으로 충전전류를 설정한 본 발명(도6의 B 참조)은, 정위치 이탈 정도에 상관없이 발열온도 상승이 매우 미미하지만, 송신부의 1차 코일에 대한 수신부의 2차 코일의 위치에 상관없이 충전전류를 일정하게 유지하는 종래기술(도6의 C)은 정위치로부터 벗어날수록 발열온도가 급격히 상승함을 알 수 있다.

결국, 본 발명에 의하면, 2차 코일이 1차 코일의 정위치로부터 이탈하여 충전효율이 상대적으로 낮은 상태에서 상대적으로 낮은 충전주파수를 사용하여 충전을 진행하고 있을 때에는 상대적으로 충전전류를 낮게 설정하고, 검출된 충전주파수가 더욱 낮을 경우에는 무접점충전 자체를 중단시킴으로써, 저하된 충전효율의 보완으로 유발되는 발열 및 이에 따른 안전사고를 최소화할 수 있다. 충전을 중단시키는 충전주파수(충전효율)의 포인트는, 본 발명이 적용되는 무접점충전시스템의 특성에 맞게 적절히 선택할 수 있다.

Claims

1차 코일을 구비하는 송신부와 2차 코일을 구비하는 수신부를 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전하며, 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 위치에 따라 달라지는 상기 배터리의 충전효율에 비례적으로 전자기유도에 사용하는 충전주파수를 가변함으로써 상기 배터리의 충전효율을 보완하는 무접점충전시스템에 있어서,

상기 송신부 또는 상기 수신부에 설치되는 충전효율알림장치를 포함하고;

상기 충전효율알림장치는, 상기 송신부에 상기 수신부를 근접시켜 충전을 행할 때의 상기 충전주파수를 검출하는 주파수검출부, 및 검출된 상기 충전주파수로부터 획득한 상기 배터리의 충전효율을 사용자가 알 수 있도록 출력하는 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전시스템.

1차 코일을 구비하는 송신부와 2차 코일을 구비하는 수신부를 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전하며, 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 위치에 따라 달라지는 상기 배터리의 충전효율에 비례적으로 전자기유도에 사용하는 충전주파수를 가변함으로써 상기 배터리의 충전효율을 보완하는 무접점충전시스템의 무접점충전방법에 있어서,

상기 1차 코일에 상기 2차 코일을 근접시켜 충전을 실행할 때의 상기 충전주파수를 검출하는 단계, 및 검출된 상기 충전주파수로부터 획득한 상기 배터리의 충전효율을 사용자가 알 수 있게 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전방법.

제2항에 있어서,

검출된 상기 충전주파수로부터 획득된 상기 배터리의 충전효율이 정해진 충전효율보다 낮을 경우에, 상기 1차 코일에 대한 상기 2차 코일의 정위치 이탈을 경고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전방법.

제3항에 있어서,

상기 정위치 이탈을 경고한 이후 정해진 시간 경과 후에, 상기 송신부(10)에 대한 상기 수신부(20)의 위치 변경에 따른 상기 충전주파수의 변화가 검출되지 않을 경우에, 상기 배터리(30)의 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하거나 상기 무접점충전을 중단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전방법.

제2항에 있어서,

상기 충전주파수 검출단계에는, 상기 송신부(10)에 대한 상기 수신부(20)의 다수 위치에서 상기 충전주파수를 검출하고, 다수의 검출된 상기 충전주파수들에서 최소값과 최대값을 획득하여 여기에 오프셋 값을 조정함으로써 상기 전자기유도에 사용하는 상기 충전주파수를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전방법.

제2항에 있어서,

상기 충전주파수 검출단계에서 검출된 상기 충전주파수가 상대적으로 높으면 상대적으로 높은 충전전류를 설정하고, 검출된 상기 충전주파수가 상대적으로 낮으면 상대적으로 낮은 충전전류를 설정하는 방식으로, 상기 충전주파수와 비례의 관계로 상기 배터리(30)의 충전전류를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전방법.

제6항에 있어서,

검출된 상기 충전주파수가 정해진 주파수보다 낮을 때에는 상기 무접점충전을 중단하는 것을 특징으로 하는 무접점충전방법.