WO2017204447A1 - 무선 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2017204447A1
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coil
wireless charging
magnetic field
receiver
position information
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이상일
우승원
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삼성에스디아이(주)
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    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects

Definitions

  • One embodiment of the invention is directed to a wireless charging device and method.
  • mobile devices such as mobile phones and smartphones provide various functions such as wireless Internet function, electronic organizer function, multimedia shooting, playback function and game function, digital broadcasting function and the like. Since such mobile devices generally include batteries for portability, periodic charging of the batteries is required. In general, a wired charging method using a cable as a method of charging a battery has become common. However, in recent years, as wireless power transfer (WPT) technology is developed, a wireless charging device capable of charging wirelessly has been commercialized and spread.
  • WPT wireless power transfer
  • the wireless power transmission is classified into an electromagnetic inductive method and an electromagnetic resonance method.
  • electromagnetic induction method there is no direct contact of the electrodes, but only in close proximity to transmit / receive electric power. Therefore, charging is possible only when a transmitter (generally referred to as a wireless charging pad) for transmitting energy and a receiver (for example, an electronic device such as a smartphone) for receiving energy are in contact with each other.
  • electromagnetic resonance Resonance
  • Resonance is a method of supplying power to the electronic device that is a certain distance away from the power source can be charged without contacting the transmitter and the receiver.
  • the inner coil of the receiver and the inner coil of the transmitter must be located in parallel, there is a problem that the charging is possible in the receiver.
  • An embodiment of the present invention is to provide a wireless charging device and method that can be charged in the receiver even if the internal coil of the receiver and the internal coil of the transmitter is not located in parallel.
  • Wireless charging apparatus includes a transmitter, a second coil including a first coil for generating a magnetic field when the power is applied, is induced in the second coil in accordance with the magnetic field generation of the first coil
  • the direction of the magnetic field is changed according to a receiver for charging a battery using an induction current, a position sensor for measuring position information of the first coil and the second coil, and position information of the first coil and the second coil. It includes a conversion unit.
  • the converter may include at least two pairs of pairs of a first electromagnet and a second electromagnet disposed to face each other between the first coil and the second coil.
  • the receiver may include a gyro sensor, and the position sensor may measure position information of the first coil and the second coil based on the position information of the gyro sensor.
  • the position sensing unit sequentially operates each of at least one pair of electromagnets among the pairs of electromagnets of the converter, and receives feedback of the charging efficiency of the receiver, and thus the first coil and the second coil through the point information at which the charging efficiency is maximized.
  • the location information of can be measured.
  • the transmitter, the position sensor and the converter may be installed in a cup holder.
  • the transmitter may include a Near Field Communication (NFC) tag, and may open a magnetic field generation path through NFC tagging with the receiver.
  • NFC Near Field Communication
  • the transmitter includes a mass detector, and when the mass information of the first mass or more set by the mass detector is measured, the magnetic field generating path may be opened.
  • the transmitter may block the magnetic field generation path if the receiver does not receive feedback of the charging efficiency of the receiver or charging is not performed.
  • the position detecting unit tracks the change of the position information of the first coil and the second coil in real time, and converts the direction of the magnetic field in real time according to the change of the position information of the first coil and the second coil. Can be.
  • a wireless charging method by applying power to a transmitter, generating a magnetic field through a first coil, measuring position information of the first coil and the second coil, and in the converter, And converting the direction of the magnetic field according to the positional information of the first coil and the second coil.
  • the conversion unit comprises at least two pairs of at least two pairs of a first electromagnet and a second electromagnet arranged to face each other between the first coil and the second coil, the first coil
  • the direction of the magnetic field may be changed by operating one or more selected electromagnets according to the position information of the second coil and the second coil.
  • the position information of the first coil and the second coil may be measured based on the position information of the gyro sensor of the receiver.
  • each of the at least one pair of electromagnets of the pair of electromagnets of the converter is sequentially operated, and the feedback of the charging efficiency of the receiver is fed back to maximize charging efficiency.
  • the location information of the first coil and the second coil may be measured through the point information.
  • Wireless charging apparatus and method according to an embodiment of the present invention can be charged in the receiver even if the internal coil of the receiver and the internal coil of the transmitter is not located in parallel.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wireless charging device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating the wireless charging device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view schematically illustrating a receiver of a wireless charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the listed items. Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In addition, as used herein, the singular forms “a”, “an” and “the” may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Moreover, as used herein, “comprise” and / or “comprising” refers to the stated steps, operations, elements, elements, values and / or presence of these groups, one The above is not intended to exclude the presence or addition of other steps, operations, members, elements, values, and / or groups.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wireless charging device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing the wireless charging device of Figure 1
  • Figure 3 is an embodiment of the present invention It is a plan view schematically showing a receiving unit of the wireless charging device.
  • the wireless charging device includes a power supply unit 1, a housing 10, a transmitter 100, a converter 200, a position detector 300, and It includes a receiver 400.
  • the power supply unit 1 is an electrical energy to the wireless charging device according to an embodiment of the present invention from an external power source (for example, commercial AC power) so that wireless charging is performed between the transmitter 100 and the receiver 400.
  • an external power source for example, commercial AC power
  • the power supplied through the power supply unit 1 is connected to a switch (not shown), it is possible to open or cut according to the set conditions.
  • the housing 10 includes a bottom portion 11 and a side wall portion 12 extending upward from the bottom portion 11.
  • the bottom portion 11 is formed in a disc shape
  • the side wall portion 12 is preferably formed in a substantially cylindrical shape for the arrangement of the conversion unit 200 to be described later. That is, the housing 10 is configured in the form of a kind of cup holder, and may be applied to a vehicle or furniture having a cup holder.
  • the transmitter 100 is preferably disposed inside the bottom 11, and converts the power supplied from the power supply 1 into a wireless power signal and transmits the converted power to the receiver 400.
  • the wireless power signal transmitted by the transmitter 100 may be formed in the form of a magnetic field or an electromagnetic field having an oscillation characteristic.
  • the transmitter 100 may be configured to include a first coil for generating the wireless power signal.
  • the first coil of the transmitter 100 is magnetically coupled with the second coil of the receiver 400, and generates an induced electromotive force therebetween.
  • the NFC tag 13 is disposed on the bottom portion 11 or the side wall portion 12 of the housing 10, and performs NFC tagging with the NFC chip of the receiver 400, which will be described later. It can open the magnetic field generation path of.
  • the converter 200 includes a plurality of first electromagnets 211, 221, 231, and 241 and second electromagnets 212, 222, 232, and 242 disposed to face each other along the circumference of the sidewall part 12. Electromagnet pairs.
  • the converter 200 is shown as including four pairs of electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, this is for convenience of description only, the present invention
  • the number of electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 is not limited thereto.
  • the electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242 of the conversion unit 200 selected one or more of the electromagnets (211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) ) Is selectively activated according to position information (eg, parallelism, rotation direction, etc.) between the first coil of the transmitter 100 and the second coil of the receiver 400 measured by the position sensor 300 to be described later. Can be.
  • position information eg, parallelism, rotation direction, etc.
  • one or more pairs of electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 of the converter 200 form an auxiliary magnetic field, respectively, so that the first coil and the receiver 400 of the transmitter 100.
  • the direction of the magnetic field formed between the second coils of the can be converted into the required direction.
  • the position detecting unit 300 may transmit / receive information with the receiving unit 400 wirelessly. That is, the position detecting unit 300 uses position information between the first coil of the transmitting unit 100 and the second coil of the receiving unit 400 through at least one individual information transmitted from the receiving unit 400 (for example, Parallelism, direction of rotation, etc.).
  • the receiver 400 may be a mobile device such as a mobile phone or a smartphone using a battery installed therein as a power source, and includes a near field communication (NFC) chip 410, a gyro sensor 420, and a second A coil 430 and a battery (not shown).
  • NFC near field communication
  • the NFC chip 410 performs NFC tagging upon contact with the NFC tag 13 to synchronize them so that the transmitter 100 and the receiver 400 may transmit / receive mutual information.
  • the gyro sensor 420 measures a rotation angle as a sensor for measuring the angular velocity, and digitizes the value of the angle rotated by the receiver 400 in unit time based on one axis of the X, Y, and Z axes.
  • the second coil 430 is magnetically coupled to the first coil of the receiver 100 described above, and is electrically connected to a battery (not shown). That is, as described above, the induced current induced in the second coil 430 through the electromagnetic induction charges the battery.
  • a circuit unit (not shown) is formed between the second coil 430 and the battery to convert the above-described induction current into a power required by the battery.
  • the position sensor 300 receives the position information of the receiver 400 digitized by the gyro sensor 420 of the receiver 400, and a gyro sensor (not shown) installed in the bottom 11 of the housing 10. ) And the position information of the receiver 400 is recognized using the difference.
  • the electromagnets 211, 212, 221 are selected and operated from among 222, 231, 232, 241 and 242.
  • M ' the direction of the magnetic field
  • the position sensor 300 tracks the position information measured by the gyro sensor 420 in real time, and corresponding to the electromagnets 211, 212, 221, and the like of the converter 200.
  • 222, 231, 232, 241, and 242 may be selectively operated to charge the battery of the receiver 400 at maximum efficiency.
  • the position detecting unit 300 does not use the gyro sensor 420, and the electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, of the direct conversion unit 200 are used.
  • One or more pairs of electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241 and 242 are sequentially operated, and the moment of maximizing the charging efficiency of the receiver 400 is tracked. Thereafter, the pair of electromagnets 211 and 212 at this time are selected and operated to change the direction of the magnetic field M ', thereby generating an electromagnetic induction phenomenon from the transmitter 100 to the receiver 400 and thereby, the receiver 400. Allow the battery to charge.
  • the position detecting unit 300 may include one or more pairs of electromagnets among the electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 of the converter 200 at set cycles. 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 are sequentially operated to track the moment when the charging efficiency of the receiver 400 is maximized, and corresponding to the electromagnet ( 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 may be selectively operated to charge the battery of the receiver 400 at maximum efficiency.
  • the wireless charging apparatus according to another embodiment of the present invention has a different configuration of the mass sensing unit 14 than the wireless charging apparatus according to the exemplary embodiment. Therefore, hereinafter, the wireless charging device and the wireless charging method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the mass sensing unit 14.
  • the wireless charging apparatus and the wireless charging method according to another embodiment of the present invention uses the same reference numerals for the same or similar parts as the wireless charging apparatus and the wireless charging method according to Figure 4, the detailed description thereof will be omitted.
  • the mass sensing unit 14 may be formed as a single unit corresponding to the entire bottom portion 11 of the housing 10, and a plurality of separate units may be formed.
  • the mass detecting unit 14 detects whether the mass of the masses 2 and 400 inserted into the housing 10 is greater than or equal to a predetermined first mass, and transmits mutual information between the transmitter 100 and the masses 2 and 400. Synchronize the transmitter 100 and the masses 2, 400 for reception. In addition, the power supplied to the transmitter 100 is opened to wirelessly charge the masses 2 and 400. However, if synchronization between the transmitter 100 and the masses 2 and 400 is impossible and the charging efficiency of the masses 2 and 400 is not detected, the masses 2 and 400 are determined to be non-chargeable objects. Accordingly, the power supplied to the transmitter 100 is cut off, and the wireless charging procedure is terminated.
  • the mass detecting unit 14 detects that the mass body 400 (receiving unit) is inserted into the housing 10. Subsequently, power is supplied to the transmitter 100 through the mass detection signal sensed by the mass detector 14 to generate a magnetic field M, and attempts to synchronize between the transmitter 100 and the mass 400.
  • the mass body 400 is determined as the receiver 400, the position sensor 300 receives the position information of the receiver 400 digitized by the gyro sensor 420 of the receiver 400, The position information of the receiving unit 400 is recognized by comparing the position information digitized by the gyro sensor (not shown) installed on the bottom 11 of the housing 10 and using the difference.
  • the electromagnets 211, 212, 221, of the converter 200 after measuring the position information of the receiver 400, the electromagnets 211, 212, 221, of the converter 200 to maximize the charging efficiency of the receiver 400 through the position information.
  • One or more pairs of electromagnets 211 and 212 are selected and operated from among 222, 231, 232, 241 and 242.
  • M ' the direction of the magnetic field
  • the position detecting unit 300 tracks the position information measured by the gyro sensor 420 in real time, and corresponds to the electromagnets 211, 212, 221, and the like of the conversion unit 200.
  • 222, 231, 232, 241, and 242 may be selectively operated to charge the battery of the receiver 400 at maximum efficiency.
  • the position detecting unit 300 does not use the gyro sensor 420, and the electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, of the direct conversion unit 200 are used.
  • One or more pairs of electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241 and 242 are sequentially operated, and the moment of maximizing the charging efficiency of the receiver 400 is tracked. Thereafter, the pair of electromagnets 211 and 212 at this time are selected and operated to change the direction of the magnetic field M ', thereby generating an electromagnetic induction phenomenon from the transmitter 100 to the receiver 400 and thereby, the receiver 400. Allow the battery to charge.
  • the position detecting unit 300 may include one or more pairs of electromagnets among the electromagnets 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 of the converter 200 at set cycles. 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 are sequentially operated to track the moment when the charging efficiency of the receiver 400 is maximized, and corresponding to the electromagnet ( 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, and 242 may be selectively operated to charge the battery of the receiver 400 at maximum efficiency.
  • the mass sensing unit 14 detects that the mass 2 is inserted into the housing 10. Thereafter, power is supplied to the transmitter 100 through the mass detection signal sensed by the mass detector 14 to generate a magnetic field M, and attempts to synchronize between the transmitter 100 and the mass 2.
  • the present invention relates to a wireless charging device and method.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 수신부의 내부 코일과 송신부의 내부 코일이 평행하게 위치하지 않아도, 수신부에서 충전이 가능한 무선 충전 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명에 일 실시예는 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 제 1 코일을 포함하는 송신부, 제 2 코일을 포함하며, 상기 제 1 코일의 자기장 발생에 따라 상기 제 2 코일에 유도되는 유도 전류를 이용하여 배터리를 충전하는 수신부, 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 위치 감지부 및 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 상기 자기장의 방향을 변환하는 변환부를 포함하는 무선 충전 장치 및 방법을 개시한다.

Description

무선 충전 장치 및 방법
본 발명의 일 실시예는 무선 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
휴대폰, 스마트폰 등의 모바일 장치는 기본적인 통신 기능 외에, 무선 인터넷 기능, 전자수첩 기능, 멀티미디어 촬영, 재생 기능 및 게임 기능, 디지털 방송 기능 등과 같은 다양한 기능들을 제공하고 있다. 이러한 모바일 장치는 휴대성을 위하여 일반적으로 배터리를 구비하고 있으므로, 배터리의 주기적인 충전이 필요하다. 일반적으로, 배터리의 충전 방법으로 케이블을 이용한 유선충전 방법이 보편화 되어 있다. 하지만, 최근에는 무선전력전송(Wireless Power Transfer: WPT) 기술이 발전됨에 따라 무선으로 충전이 가능한 무선충전 장치가 상용화되어 보급되고 있다.
상기 무선전력전송은 전자기유도(Inductive)방식과 전자기공진(Resonance) 방식으로 분류된다. 상기 전자기유도방식은 전극의 직접 접촉(direct contact)은 없지만 매우 근접해야만 전력의 송/수신이 가능하다. 따라서, 에너지를 송출하는 송신부(일반적으로 무선충전 패드라 칭하기도 함)와 에너지를 수신하는 수신부(예: 스마트폰 같은 전자장치)가 접촉되어야 충전이 가능하다. 반면, 전자기공진 방식(Resonance)은 전원 소스에서 일정 거리만큼 떨어져 있는 전자장치에 전원을 공급하는 방법으로 송신부와 수신부가 접촉하지 않아도 충전이 가능하다.
한편, 전자기유도방식은 수신부의 내부 코일과 송신부의 내부 코일이 평행하게 위치되어야만, 수신부에서 충전이 가능한 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 수신부의 내부 코일과 송신부의 내부 코일이 평행하게 위치하지 않아도, 수신부에서 충전이 가능한 무선 충전 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 제 1 코일을 포함하는 송신부, 제 2 코일을 포함하며, 상기 제 1 코일의 자기장 발생에 따라 상기 제 2 코일에 유도되는 유도 전류를 이용하여 배터리를 충전하는 수신부, 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 위치 감지부 및 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 상기 자기장의 방향을 변환하는 변환부를 포함한다.
상기 변환부는 상기 제 1 코일과 제 2 코일 사이에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 전자석 및 제 2 전자석으로 구성된 쌍을 적어도 두 쌍 이상 포함할 수 있다.
상기 수신부는 자이로 센서를 포함하고, 상기 위치 감지부는 상기 자이로 센서의 위치 정보를 기반으로 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정할 수 있다.
상기 위치 감지부는 상기 변환부의 전자석 쌍 중 적어도 하나의 전자석 쌍 각각을 순차적으로 동작시킨 후, 상기 수신부의 충전 효율을 피드백 받아, 충전 효율이 최대가 되는 지점 정보를 통해 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정할 수 있다.
상기 송신부, 위치 감지부 및 변환부는 컵 홀더 내에 설치될 수 있다.
상기 송신부는 NFC(Near Field Communication) 태그를 포함하고, 상기 수신부와 NFC 태깅을 통해 자기장 발생 경로를 개방할 수 있다.
상기 송신부는 질량 감지부를 포함하고, 상기 질량 감지부에서 설정된 제 1 질량 이상의 질량 정보를 측정하면, 자기장 발생 경로를 개방할 수 있다.
상기 송신부는 상기 수신부의 충전 효율을 피드백 받지 못하거나, 또한, 충전이 진행되지 않으면, 자기장 발생 경로를 차단할 수 있다.
상기 위치 감지부는 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보 변화를 실시간으로 추적하고, 상기 변환부에서 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보 변화에 따라, 상기 자기장의 방향을 실시간으로 변환할 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 방법은 송신부에 전원을 인가하여, 제 1 코일을 통해 자기장을 발생하는 단계, 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 단계 및 변환부에서, 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 상기 자기장의 방향을 변환하는 단계를 포함한다.
상기 자기장의 방향을 변환하는 단계에서, 상기 변환부는 상기 제 1 코일과 제 2 코일 사이에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 전자석 및 제 2 전자석으로 구성된 쌍을 적어도 두 쌍 이상 포함하고, 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 선택된 한 쌍 이상의 전자석을 동작하여 자기장의 방향을 변환할 수 있다.
상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 단계에서는 수신부의 자이로 센서의 위치 정보를 기반으로 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정할 수 있다.
상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 단계에서는 상기 변환부의 전자석 쌍 중 적어도 하나의 전자석 쌍 각각을 순차적으로 동작시킨 후, 상기 수신부의 충전 효율을 피드백 받아, 충전 효율이 최대가 되는 지점 정보를 통해 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정할 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 장치 및 방법은 수신부의 내부 코일과 송신부의 내부 코일이 평행하게 위치하지 않아도, 수신부에서 충전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치 중 수신부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용한 무선 충전 방법을 순차적으로 도시한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용한 무선 충전 방법을 순차적으로 도시한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 더불어, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 단계, 동작, 부재, 요소, 수치 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 단계, 동작, 부재, 요소, 수치 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1 및 제 2 등의 용어가 특정한 내용들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 구성을 다른 구성과 구별하기 위하여만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치 중 수신부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는 전원 공급부(1), 하우징(10), 송신부(100), 변환부(200), 위치 감지부(300) 및 수신부(400)를 포함한다.
상기 전원 공급부(1)는 송신부(100)와 수신부(400) 사이에서 무선 충전이 수행되도록 외부 전원(예를 들어, 상용 교류전원)으로부터, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치에 전기 에너지를 공급한다. 물론, 전원 공급부(1)를 통해 공급되는 전원은 스위치(미도시)에 연결되어 있어, 설정된 조건에 따라 개방 또는 차단하는 것이 가능하다.
상기 하우징(10)은 바닥부(11)와 바닥부(11)에서 상부로 연장되는 측벽부(12)를 포함한다. 여기서, 상기 바닥부(11)는 원판형으로 형성되고, 측벽부(12)는 대략 원통형으로 형성되는 것이 후술할 변환부(200)의 배치를 위해 바람직하다. 즉, 상기 하우징(10)은 일종의 컵 홀더 형태로 구성되어, 컵 홀더를 구비하는 차량 혹은 가구 등에 적용될 수 있다.
상기 송신부(100)는 상기 바닥부(11) 내부에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 전원 공급부(1)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 상기 수신부(400) 측으로 전달한다. 상기 송신부(100)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성될 수 있다. 이를 위하여 상기 송신부(100)는 상기 무선 전력 신호를 발생하는 제 1 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 송신부(100)의 제 1 코일은 수신부(400)의 제 2 코일과 자기적으로 커플링되며, 이들 사이에 유도기전력을 생성한다. 여기서, 하우징(10)의 바닥부(11) 또는 측벽부(12)에는 NFC 태그(13)가 배치되며, 후술할 수신부(400)의 NFC 칩과 NFC 태깅을 수행하고 이를 통해 송신부(100)에서의 자기장 발생 경로를 개방할 수 있다.
상기 변환부(200)는 측벽부(12)의 둘레를 따라 서로 마주보도록 배치된 다수의 제 1 전자석(211, 221, 231, 241) 및 제 2 전자석(212, 222, 232, 242)으로 구성되는 전자석 쌍(pair)을 포함한다. 여기서, 도면에는 변환부(200)가 4쌍의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명에서 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)의 개수를 한정하는 것은 아니다.
여기서, 상기 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들 중 선택된 한 쌍 이상의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)은 후술할 위치 감지부(300)에서 측정된 송신부(100)의 제 1 코일과 수신부(400)의 제 2 코일 사이의 위치 정보(예를 들어, 평행도, 회전 방향 등)에 따라 선택적으로 활성화 될 수 있다.
여기서, 상기 변환부(200)의 한 쌍 이상의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)은 각각 보조 자기장을 형성하여, 송신부(100)의 제 1 코일과 수신부(400)의 제 2 코일 사이에 형성된 자기장의 방향을 요구하는 방향으로 변환할 수 있다.
상기 위치 감지부(300)는 수신부(400)와 무선으로 정보를 송/수신할 수 있다. 즉, 위치 감지부(300)는 수신부(400)에서 전송되는 적어도 하나 이상의 개별 정보를 통해, 송신부(100)의 제 1 코일과 수신부(400)의 제 2 코일 사이의 위치 정보(예를 들어, 평행도, 회전 방향 등)를 측정한다.
상기 수신부(400)는 내부에 설치된 배터리를 전원으로 사용하는 휴대폰, 스마트폰 등의 모바일 장치일 수 있으며, NFC(Near Field Communication) 칩(410), 자이로 센서(Gyro Sensor)(420), 제 2 코일(430) 및 배터리(미도시)를 포함한다.
상기 NFC 칩(410)은 상기 NFC 태그(13)와 접촉 시 NFC 태깅을 수행하여, 송신부(100)와 수신부(400)가 상호 정보를 송/수신할 수 있도록 이들을 동기화 한다.
상기 자이로 센서(420)는 각속도를 측정하는 센서로서 회전각을 측정하며, X축, Y축, Z축의 한 축을 기준으로 단위 시간에 수신부(400)가 회전한 각도의 값을 수치화 한다.
상기 제 2 코일(430)은 상술한 수신부(100)의 제 1 코일과 자기적으로 커플링되며, 배터리(미도시)에 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 상술한 바와 같이 전자기 유도 현상을 통해 제 2 코일(430)에 유도되는 유도 전류는 배터리를 충전한다. 여기서, 제 2 코일(430)과 배터리 사이에는 회로부(미도시)가 형성되어 상술한 유도 전류를 배터리에서 요구하는 전원으로 변환한다.
다음은 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용한 무선 충전 방법을 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용한 무선 충전 방법을 순차적으로 도시한다.
우선, 도 4를 참조하면, 수신부(400)를 송신부(100)가 설치된 하우징(10) 근처에 인접하게 위치시키면, 수신부(400)의 NFC 칩(410)과 NFC 태그(130)에서 NFC 태깅이 이루어지며, 송신부(100)와 수신부(400)는 상호 정보 송/수신을 위해 동기화 되고, 송신부(100)에 공급되는 전원이 개방된다.
이후, 도 5를 참조하면, 송신부(100)에 전원이 인가되고, 송신부(100)의 제 1 코일에서 하우징(10)의 상부 측으로 자기장(M)을 발생시킨다.
여기서, 위치 감지부(300)는 수신부(400)의 자이로 센서(420)에서 수치화된 수신부(400)의 위치 정보를 수신하고, 하우징(10)의 바닥부(11)에 설치된 자이로 센서(미도시)에서 수치화한 위치 정보와 비교하고, 그 차이를 이용하여 수신부(400)의 위치 정보를 인식한다.
이후, 도 6을 참조하면, 수신부(400)의 위치 정보를 측정한 후, 이 위치 정보를 통해 수신부(400)의 충전 효율이 최대가 될 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) 중에서 한 쌍 이상의 전자석(211, 212)을 선택하여 작동시킨다. 이로써, 자기장(M')의 방향을 변환하여, 송신부(100)에서 수신부(400) 측으로 전자기 유도 현상을 발생시키고 이를 통해, 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
물론, 도 5 내지 도 6에서, 상기 위치 감지부(300)는 자이로 센서(420)에서 측정된 위치 정보를 실시간으로 추적하여, 이에 대응되도록 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들 중 선택적으로 동작시켜, 최대 효율에서 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
또한, 도 5 내지 도 6에서, 상기 위치 감지부(300)는 자이로 센서(420)를 이용하지 않고, 직접 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) 중에서 한 쌍 이상의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들을 각각 순차적으로 작동시키며, 수신부(400)의 충전 효율을 최대가 되는 순간을 추적한다. 이후, 이 때의 전자석(211, 212) 쌍을 선택하여 작동시켜 자기장(M')의 방향을 변환하여, 송신부(100)에서 수신부(400) 측으로 전자기 유도 현상을 발생시키고 이를 통해, 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
물론, 도 5 내지 도 6에서, 상기 위치 감지부(300)는 설정된 주기마다 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) 중에서 한 쌍 이상의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들을 각각 순차적으로 작동시켜, 수신부(400)의 충전 효율을 최대가 되는 순간을 추적하고, 이에 대응되도록 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들 중 선택적으로 동작시켜, 최대 효율에서 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
다음은 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법을 설명한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치를 이용한 무선 충전 방법을 순차적으로 도시한다.
도 5와 도 7을 비교 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치는 일 실시예에 따른 무선 충전 장치에 비해서, 질량 감지부(14)의 구성이 상이하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법은 상기 질량 감지부(14)를 중심으로 설명한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법은 도 4에 따른 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법과 동일 또는 유사한 부분에 대하여 동일한 도면부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 질량 감지부(14)는 하우징(10)의 바닥부(11) 전체에 대응되는 단일 유닛으로 형성될 수 있으며, 분리된 유닛이 복수개로 형성될 수도 있다. 상기 질량 감지부(14)는 하우징(10)에 삽입되는 질량체(2, 400)의 질량이 기 설정된 제 1 질량 이상인지를 감지하여, 송신부(100)와 질량체(2, 400) 사이 상호 정보 송/수신을 위해 송신부(100)와 질량체(2, 400)를 동기화한다. 또한, 송신부(100)에 공급되는 전원을 개방하여, 질량체(2, 400)를 무선 충전한다. 다만, 상기 송신부(100)와 질량체(2, 400) 사이에 동기화가 불가능하고, 질량체(2, 400)의 충전효율이 검출되지 않는다면, 질량체(2, 400)는 충전 불가능한 물체라 판단한다. 이에 따라 송신부(100)에 공급되는 전원을 차단하고, 무선 충전 절차를 종료한다.
우선, 도 7을 참조하면, 하우징(10) 내부에 질량체(400, 수신부)가 삽입된 것을 질량 감지부(14)에서 감지한다. 이후, 질량 감지부(14)에서 감지된 질량 감지 신호를 통해 송신부(100)에 전원이 공급되어 자기장(M)을 발생하고, 송신부(100)와 질량체(400) 사이에 동기화를 시도한다.
동기화가 성공되면, 상기 질량체(400)를 수신부(400)라 판단하고, 위치 감지부(300)는 수신부(400)의 자이로 센서(420)에서 수치화된 수신부(400)의 위치 정보를 수신 받고, 하우징(10)의 바닥부(11)에 설치된 자이로 센서(미도시)에서 수치화한 위치 정보와 비교하고, 그 차이를 이용하여 수신부(400)의 위치 정보를 인식한다.
이후, 도 8을 참조하면, 수신부(400)의 위치 정보를 측정한 후, 이 위치 정보를 통해 수신부(400)의 충전 효율이 최대가 될 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) 중에서 한 쌍 이상의 전자석(211, 212)을 선택하여 작동시킨다. 이로써, 자기장(M')의 방향을 변환하여, 송신부(100)에서 수신부(400) 측으로 전자기 유도 현상을 발생시키고 이를 통해, 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
물론, 도 7 내지 도 8에서, 상기 위치 감지부(300)는 자이로 센서(420)에서 측정된 위치 정보를 실시간으로 추적하여, 이에 대응되도록 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들 중 선택적으로 동작시켜, 최대 효율에서 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
또한, 도 7 내지 도 8에서, 상기 위치 감지부(300)는 자이로 센서(420)를 이용하지 않고, 직접 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) 중에서 한 쌍 이상의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들을 각각 순차적으로 작동시키며, 수신부(400)의 충전 효율을 최대가 되는 순간을 추적한다. 이후, 이 때의 전자석(211, 212) 쌍을 선택하여 작동시켜 자기장(M')의 방향을 변환하여, 송신부(100)에서 수신부(400) 측으로 전자기 유도 현상을 발생시키고 이를 통해, 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
물론, 도 7 내지 도 8에서, 상기 위치 감지부(300)는 설정된 주기마다 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242) 중에서 한 쌍 이상의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들을 각각 순차적으로 작동시켜, 수신부(400)의 충전 효율을 최대가 되는 순간을 추적하고, 이에 대응되도록 변환부(200)의 전자석(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242)들 중 선택적으로 동작시켜, 최대 효율에서 수신부(400)의 배터리가 충전되도록 한다.
한편, 도 9를 참조하면, 하우징(10) 내부에 질량체(2)가 삽입된 것을 질량 감지부(14)에서 감지한다. 이후, 질량 감지부(14)에서 감지된 질량 감지 신호를 통해 송신부(100)에 전원이 공급되어 자기장(M)을 발생하고, 송신부(100)와 질량체(2) 사이에 동기화를 시도한다.
하지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 송신부(100)와 질량체(2) 사이에 동기화가 불가능하면, 질량 감지부(14)에서 감지된 질량체(2)가 충전 불가능한 물체라 판단한다. 이에 따라 송신부(100)에 공급되는 전원을 차단하고, 무선 충전 절차를 종료한다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
본 발명은 무선 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.

Claims (13)

  1. 전자기 유도 현상을 이용한 무선 충전 장치에 있어서,
    전원 인가 시 자기장을 발생시키는 제 1 코일을 포함하는 송신부;
    제 2 코일을 포함하며, 상기 제 1 코일의 자기장 발생에 따라 상기 제 2 코일에 유도되는 유도 전류를 이용하여 배터리를 충전하는 수신부;
    상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 위치 감지부; 및
    상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 상기 자기장의 방향을 변환하는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는 상기 제 1 코일과 제 2 코일 사이에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 전자석 및 제 2 전자석으로 구성된 쌍을 적어도 두 쌍 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수신부는 자이로 센서를 포함하고,
    상기 위치 감지부는 상기 자이로 센서의 위치 정보를 기반으로 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 감지부는
    상기 변환부의 전자석 쌍 중 적어도 하나의 전자석 쌍 각각을 순차적으로 동작시킨 후,
    상기 수신부의 충전 효율을 피드백 받아, 충전 효율이 최대가 되는 지점 정보를 통해 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 송신부, 위치 감지부 및 변환부는 컵 홀더 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신부는 NFC(Near Field Communication) 태그를 포함하고, 상기 수신부와 NFC 태깅을 통해 자기장 발생 경로를 개방하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신부는 질량 감지부를 포함하고,
    상기 질량 감지부에서 설정된 제 1 질량 이상의 질량 정보를 측정하면,
    자기장 발생 경로를 개방하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신부는 상기 수신부의 충전 효율을 피드백 받지 못하거나, 또한, 충전이 진행되지 않으면, 자기장 발생 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 감지부는 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보 변화를 실시간으로 추적하고,
    상기 변환부에서 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보 변화에 따라, 상기 자기장의 방향을 실시간으로 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  10. 송신부에 포함된 제 1 코일과 수신부에 포함된 제 2 코일의 전자기 유도 현상을 이용한 무선 충전 방법에 있어서,
    상기 송신부에 전원을 인가하여, 상기 제 1 코일을 통해 자기장을 발생하는 단계;
    상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 단계; 및
    변환부에서, 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 상기 자기장의 방향을 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자기장의 방향을 변환하는 단계에서,
    상기 변환부는 상기 제 1 코일과 제 2 코일 사이에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 전자석 및 제 2 전자석으로 구성된 쌍을 적어도 두 쌍 이상 포함하고,
    상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보에 따라, 선택된 한 쌍 이상의 전자석을 동작하여 자기장의 방향을 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 단계에서는
    수신부의 자이로 센서의 위치 정보를 기반으로 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 단계에서는
    상기 변환부의 전자석 쌍 중 적어도 하나의 전자석 쌍 각각을 순차적으로 동작시킨 후, 상기 수신부의 충전 효율을 피드백 받아, 충전 효율이 최대가 되는 지점 정보를 통해 상기 제 1 코일과 제 2 코일의 위치 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
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