WO2018101677A1 - 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

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WO2018101677A1
WO2018101677A1 PCT/KR2017/013466 KR2017013466W WO2018101677A1 WO 2018101677 A1 WO2018101677 A1 WO 2018101677A1 KR 2017013466 W KR2017013466 W KR 2017013466W WO 2018101677 A1 WO2018101677 A1 WO 2018101677A1
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hole
receiving coil
metal body
outer diameter
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이기민
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엘지이노텍(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission technology, and specifically, a structure of a receiving antenna for maximizing wireless power reception efficiency and minimizing heat generation of a wireless power receiving device equipped with a metal body, and wireless power having a corresponding receiving antenna. It relates to a receiving device.
  • Wireless power transmission technology is a technology for transmitting electrical energy from the transmitter to the receiver wirelessly using the principle of induction of the magnetic field. Electric toothbrushes and some wireless razors that we commonly use are actually charged with the principle of electromagnetic induction.
  • wireless energy transfer methods may be classified into magnetic induction, magnetic resonance, and power transmission methods using short wavelength radio frequencies.
  • the magnetic induction method uses the phenomenon that magnetic flux generated at this time causes electromotive force to other coils when two coils are adjacent to each other and current flows to one coil, and is rapidly commercialized in small devices such as mobile phones. Is going on. Magnetic induction is capable of transmitting power of up to several hundred kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 centimeter (cm).
  • the magnetic resonance method utilizes magnetic induction of a non-radiative magnetic field and structural resonance or circuit resonance of an antenna. Since the magnetic resonance method is hardly affected by the electromagnetic wave problem, it has the advantage of being safe for other electronic devices or the human body. On the other hand, it can be used only in a limited distance and space, and has a disadvantage in that energy transmission efficiency is somewhat low in a long distance transmission.
  • Short-wavelength wireless power transfer schemes in brief, RF schemes, take advantage of the fact that energy can be transmitted and received directly in the form of radiowaves.
  • This technology is a wireless power transmission method of the RF method using the rectenna in the receiver, a compound word of the antenna and the rectifier (rectifier) refers to a device for converting the RF power directly into direct current power.
  • the RF method is a technology that converts a radio wave into a DC, and has recently been actively researched for commercialization as the efficiency is improved.
  • Wireless power transfer technology can be used in various industries, such as the mobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • the body and the frame of the smartphone are changing from the existing plastic-based material to the metal-based material.
  • the magnetic field transmitted by the wireless power transmitter or the magnetic field transmitted by the Near Field Communication (NFC) transmitter decreases the wireless power transmission efficiency due to the influence of the metal body.
  • NFC Near Field Communication
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wireless power receiving device capable of maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing heat generation.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power receiving device capable of preventing the power transmission efficiency from being lowered under the influence of a metal body.
  • the present invention can provide a wireless power receiver.
  • a wireless power receiver having a metal body includes a hole formed at one side of the metal body; A second opening that divides an upper portion or a lower portion of the metal body; A first opening connected to the second opening and the hole, respectively; And a receiving coil configured to receive a magnetic field from the wireless power transmitter transmitting wireless power to the wireless power receiver, wherein an outer diameter of the receiving coil may be larger than an outer diameter of the hole.
  • the receiving coil may have a shape wound in a circular shape along an outer diameter of the hole.
  • an inner diameter of the receiving coil may be smaller than an outer diameter of the hole.
  • an inner diameter of the receiving coil may be larger than an outer diameter of the hole.
  • the receiving coil is disposed inside a first region, and the first region includes first and second lines spaced apart by a predetermined height from each of the upper second opening and the lower second opening, and the metal. It may be partitioned by a third line and a fourth line spaced apart from each of the left edge of the body and the right edge of the metal body by a predetermined width.
  • the predetermined height is a height obtained by reducing a distance between the upper second opening and the upper outer diameter of the hole or the distance between the lower second opening and the lower outer diameter of the hole at a first ratio, wherein the predetermined width is the height.
  • the distance between the left edge of the metal body and the left outer diameter of the hole or the distance between the right edge of the metal body and the right outer diameter of the hole may be reduced by a second ratio.
  • the first ratio and the second ratio may be 50%.
  • the first opening and the second opening may be formed of a non-conductive material.
  • the plastic film may further include a plastic film attached to one surface of the receiving coil through an adhesive sheet and having one surface exposed through the hole.
  • the diameter of the receiving coil may be determined according to the diameter of the hole formed in the metal body.
  • the diameter of the hole formed in the metal body may be determined according to the diameter of the transmission coil mounted in the wireless power transmission device.
  • the present invention has the advantage of providing a wireless power transfer receiving device capable of maximizing wireless power transfer efficiency and minimizing heat generation.
  • the present invention has an advantage of providing a wireless power receiving device capable of preventing the power transmission efficiency from being lowered due to the influence of the metal body.
  • the present invention has an advantage of providing a wireless power receiving device capable of blocking the heat generation of the metal body due to the magnetic field transmitted through the transmission coil or NFC (Near Field Communication) antenna of the wireless power transmission device.
  • FIG. 1 is a view for explaining the structure of a wireless power receiver according to the prior art.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a mounting structure of a wireless power receiver antenna in a wireless power receiver device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a system configuration diagram illustrating a wireless power transmission method in a self resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the wireless power receiver and the wireless power transmitter having the receiving coil antenna structure according to FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining an embodiment of a receiving coil included in a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining an embodiment of a receiving coil included in a wireless power receiving device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for describing another exemplary embodiment of a receiving coil included in the wireless power receiving device illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 8 is a diagram for describing another embodiment of a receiving coil included in the wireless power receiving device shown in FIG. 6.
  • a wireless power receiver having a metal body includes: a hole formed at one side of the metal body; A second opening that divides an upper portion or a lower portion of the metal body; A first opening connected to the second opening and the hole, respectively; And a receiving coil configured to receive a magnetic field from the wireless power transmitter transmitting wireless power to the wireless power receiver, wherein an outer diameter of the receiving coil may be larger than an outer diameter of the hole.
  • the top (bottom) or the bottom (bottom) is the two components are in direct contact with each other or One or more other components are all included disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a power transmitter, and the like are used in combination for the convenience of description of the wireless power transmitter that forms the wireless power transmission system.
  • a receiver, a terminal, a receiver, a receiver, a power receiver, etc. may be used interchangeably for convenience of description.
  • the transmitter according to the present invention may be configured in the form of a pad or a cradle, and one transmitter may include a plurality of wireless power transmission means to wirelessly transmit power to a plurality of receivers.
  • the receiver according to the present invention is a mobile phone, smart phone, laptop computer, digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, etc.
  • the present invention may be used in a small electronic device, but the present invention is not limited thereto, and any device capable of charging the battery may be sufficient as the wireless power receiver according to the present invention is mounted.
  • a reception coil provided in a wireless power receiver and receiving an AC signal transmitted by the wireless power transmitter will be used in combination with a reception coil antenna or a reception antenna.
  • a transmission coil provided in the wireless power transmission apparatus and transmitting an AC signal for wireless charging of the wireless power receiver will be used in combination with a transmission coil antenna or a transmission antenna.
  • FIG. 1 is a view for explaining the structure of a wireless power receiver according to the prior art.
  • Figure 1 is a view for explaining the structure of a smart phone configured to expose the manufacturer's logo to the outside through a logo hole (Logo Hole) formed on one side of a conventional metal body.
  • logo hole Logo Hole
  • a rear surface of a smart phone having a conventional metal body may be configured to include a top body 110, a center body 120, and a bottom body 130.
  • the camera 111 and the flash 112 may be mounted on one side of the upper body 110, and an antenna for wireless communication may be mounted on one inner side of the upper body 110. All or part of the upper body 110 may be formed of a plastic material rather than a metal material for normal wireless communication.
  • the central body 120 may be formed of a metal material, and a hole 122 for short-range wireless communication such as near field communication (NFC) and radio frequency identification (RFID) communication is formed at one side of the central body 120.
  • NFC near field communication
  • RFID radio frequency identification
  • the shape of the hole 122 may be circular or in the form of a logo of the manufacturer, but this is just one embodiment, it should be noted that may be formed differently depending on the implementation form of the smartphone and the manufacturer's choice.
  • an aluminum material may be used as the metal material of the central body 120, but this is only one embodiment, and various metal materials such as titanium and tungsten may be applied according to a manufacturer's selection.
  • the hole 122 may be formed by mounting a logo 121b made of a plastic-based material that does not cause radio wave blocking and interference of FIG. 121.
  • an adhesive sheet 121a may be mounted on one surface of the plastic logo 121b to prevent the plastic logo 121b from being separated out of the hole 122.
  • a portion of the adhesive sheet 121a may be attached to one surface of the metal body 121c to fix the plastic logo 121b.
  • the adhesive sheet according to an embodiment may be an adhesive sheet made of metal, but this is only one embodiment, and the other embodiment may be made of plastic. It may be.
  • the lower body 130 may include a speaker 131, an external power and device connection port 132, a microphone 133, and an earphone connection port 134.
  • the lower body 130 may be formed of a metal material or part or the whole of the lower body 130.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a mounting structure of a wireless power receiver antenna in a wireless power receiver device according to an embodiment of the present invention.
  • the cross-sectional structure of the smartphone equipped with a wireless power reception antenna is a plastic in the hole 205 provided on one side of the metal body 204 or the metal housing of the back of the smartphone, as shown in 210
  • One surface of the logo 203 may be inserted to be exposed to the outside, and a receiving coil 202 may be stacked on an upper end thereof, and a magnetic shield sheet 201 may be stacked on an upper end of the receiving coil 202.
  • the receiving coil 202 for wireless power reception may be mounted between the plastic logo 203 and the magnetic shield sheet 201 as shown in reference numeral 220.
  • the diameter of the plastic logo 203 is 10 to 20mm
  • the diameter of the receiving coil 202 may be 30 to 40mm
  • the thickness may be 0.2 to 0.3mm, but is not limited thereto.
  • the diameter of the hole 205 may be determined differently according to the use and structure of the wireless power receiving device, the diameter and thickness of the transmitting coil mounted in the wireless power transmitter, and the diameter of the receiving coil 202 according to the diameter of the hole 205. It should be noted that the diameter and thickness may be determined differently.
  • the thickness of the magnetic shield sheet 201 is 0.2 ⁇ 0.3mm, and may be configured to have a larger area than the receiving coil 202 so that the magnetic field generated by the receiving coil 202 can be sufficiently shielded.
  • the receiving coil 202 may be implemented in a form wound along the outer shape of the hole 205 into which the plastic logo 203 is inserted, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the double-sided adhesive sheet may be attached to the upper and lower end surfaces of the receiving coil 202 according to one embodiment.
  • the plastic logo 203 and the magnetic shield sheet 201 may be attached to both surfaces of the receiving coil 202, and thus the plastic logo 203 may be fixed and mounted in the hole 205.
  • the receiving coil 202 may be disposed in the metal housing. That is, the receiving coil 202 is not disposed at a considerable distance from the lower surface of the metal housing, but is disposed as close as possible to the metal housing while being insulated from the metal housing (to prevent a short phenomenon). ) Can effectively release the heat generated. Therefore, the arrangement structure of the receiving coil part can be optimized and the heat generation problem can be solved.
  • the insulation between the receiving coil 202 and the metal housing is by the insulation coating when the receiving coil 202 is an insulation coated coil, and by a separate insulating film when the receiving coil 202 is a coil without insulation coating. Can be done.
  • the receiving coil 202 can be mounted in the form as close as possible to the metal housing, the distance between transmission and reception can be shortened to increase mutual inductance, thereby increasing power transmission efficiency.
  • the plastic logo 203 may be configured in the form of a plastic film, and the receiving coil 202 may be formed of a lead frame pattern coil, but is not limited thereto.
  • the receiving coil 202 according to another embodiment of the present invention, a litz wire coil, a metal wire coil, a copper etching coil, a printed circuit board (PCB) pattern coil, a flexible printed circuit board (FPCB), or the like may be used.
  • PCB printed circuit board
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the wireless power receiver device may include a plastic film for displaying an externally exposed logo through a hole formed at one side of a rear surface of the corresponding device body, and a lead frame pattern coil mounted on one surface of the plastic film.
  • the magnetic sheet mounted on one surface of the lead frame pattern coil may be stacked.
  • FIG. 3 is a system configuration diagram illustrating a wireless power transmission method in a self resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmission system may include a wireless power transmitter 320 and a wireless power receiver 310.
  • the wireless power transmitter 320 transmits wireless power to one wireless power receiver 310, but this is only one embodiment, and wireless power according to another embodiment of the present invention.
  • the transmitter 320 may perform wireless charging by transmitting wireless power to the plurality of wireless power receivers 310.
  • the wireless power receiver 310 according to another embodiment may simultaneously receive wireless power from the plurality of wireless power transmitters 320.
  • the wireless power transmitter 420 generates a magnetic field using a specific operating frequency defined for wireless power transmission, and the wireless power receiver 310 charges the provided load by generating power with the magnetic field received through the provided receiving coil. You can.
  • the wireless power receiver 310 may receive power by tuning to the same frequency as the operating frequency used by the wireless power transmitter 320.
  • an operating frequency used for wireless power transmission may be a 6.78 MHz band, but is not limited thereto.
  • the power signal transmitted by the wireless power transmitter 320 may be transmitted to the wireless power receiver 310 through a resonance phenomenon of each of the transmitting and receiving coils.
  • the maximum number of wireless power receivers 310 that can receive power from one wireless power transmitter 320 is the maximum transmit power level of the wireless power transmitter 320, the maximum power reception level of the wireless power receiver 310, the wireless
  • the physical shape and structure of the power transmitter 320 and the wireless power receiver 310 may be determined.
  • the wireless power transmitter 320 and the wireless power receiver 310 may perform bidirectional communication in a frequency band different from a frequency band for transmitting wireless power, that is, a resonant frequency band.
  • the bidirectional communication may be applied to the half-duplex Bluetooth Low Energy (BLE) communication protocol using the 2.4 GHz band, but is not limited thereto, such as near field communication (NFC), radio frequency identification (RFID) communication, and ultra wide (UWB).
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • NFC near field communication
  • RFID radio frequency identification
  • UWB ultra wide
  • Other short range wireless communication may be applied, such as wideband communication.
  • the wireless power transmitter 320 and the wireless power receiver 310 may exchange characteristic and state information of each other, including, for example, power negotiation information for power control, through the bidirectional communication.
  • the wireless power receiver 310 may transmit predetermined power reception state information for controlling the power level received from the wireless power transmitter 320 to the wireless power transmitter 320 through bidirectional communication.
  • the wireless power transmitter 320 may dynamically control the transmission power level based on the received power reception state information.
  • the wireless power transmitter 320 may not only optimize power transmission efficiency, but also prevent unnecessary load damage due to over-voltage or overheating, and unnecessary power is wasted due to under-voltage. It can provide a function to prevent such a thing.
  • the wireless power transmitter 320 may authenticate and identify the wireless power receiver 310 through two-way communication, exchange configuration and state information with the wireless power receiver 310, identify an incompatible device, or an unchargeable object (Foreign Object). Detection, valid load identification, charging completion status information acquisition, system error and alarm check, power distribution for multiple receivers, and the like.
  • the wireless power transmitter 320 includes a power supplier 321, a power conversion unit 322, a matching circuit 323, a transmission resonator 324, and a transmitter power sensor 325. ), A main controller 326, and a communication unit 327.
  • the communication unit 327 may include a data transmitter for transmitting control information to the wireless power receiver and a data receiver for receiving control information from the wireless power receiver.
  • the power supply unit 321 may supply a specific supply voltage to the power converter 322 under the control of the main controller 326.
  • the supply voltage may be a DC voltage or an AC voltage.
  • the power converter 322 may convert the voltage received from the power supply unit 321 into a specific voltage under the control of the main controller 326.
  • the power converter 322 may include at least one of a DC / DC converter, an AC / DC converter, and a power amplifier.
  • the matching circuit 323 is a circuit that matches the impedance between the power converter 322 and the transmission resonator 324 in order to maximize the power transmission efficiency.
  • the transmission resonator 324 may transmit power wirelessly using a specific resonance frequency according to the voltage applied from the matching circuit 323.
  • the transmitter power sensor 325 may measure the intensity of the voltage, current, and power of each stage of the transmitter, and provide the measurement result to the main controller 326.
  • the transmitter power sensor 325 may include an intensity of an output voltage / current of the power supply unit 321, an intensity and phase of an output voltage / current of the power converter 322, and an intensity of an output voltage / current of the matching circuit 323. And measure the phase and the like can be delivered to the main controller 326.
  • the wireless power transmitter 320 may further include a predetermined temperature sensor that measures an internal temperature of the wireless power transmitter 320.
  • the temperature sensor may provide the measured temperature information to the main controller 326, and the main controller 326 may determine whether overheating occurs based on the temperature information received from the temperature sensor, and thus power Transmission control may be performed.
  • the wireless power receiver 310 may include a receiving resonator 311, a rectifier 312, a DC-DC converter 313, a load 314, a receiver power sensor 315,
  • the main controller may include a main controller 316 and a communication unit 317.
  • the communication unit may include a data transmitter and a data receiver.
  • the reception resonator 311 may receive power transmitted by the transmission resonator 324 through magnetic coupling and resonance.
  • the rectifier 312 may perform a function of converting an AC voltage applied through the reception resonator 311 into a DC voltage.
  • the DC-DC converter 313 may convert the rectified DC voltage into a specific DC voltage required for the load 314.
  • the receiver power sensor 315 may measure the voltage and current strength and phase of each stage of the receiver, and provide the measurement result to the main controller 316.
  • the receiver power sensor 315 may include an intensity and phase of the output voltage / current of the reception resonator 311, an intensity of the output voltage / current of the rectifier 312, an intensity of the output voltage / current of the DC / DC converter 313, and the like. It can be measured and delivered to the main controller 316.
  • the wireless power receiver 310 may further include a predetermined temperature sensor that measures an internal temperature of the wireless power receiver 310.
  • the temperature sensor may provide the measured temperature information to the main controller 316, and the main controller 316 may determine whether overheating occurs based on the temperature information received from the temperature sensor.
  • the main controller 316 may transmit a predetermined alarm message to the wireless power transmitter 320 indicating that overheating has occurred through the communication unit 317.
  • the main controller 316 controls the operations of the rectifier 312 and the DC-DC converter 313 or generates characteristics and state information of the wireless power receiver 310, and transmits the generated characteristics and state information to the communication unit 317. Through the wireless power transmitter 320 may be transmitted.
  • the main controller 316 monitors the intensity of the output voltage and the current in the rectifier 312 and the DC-DC converter 313 and controls an internally provided overvoltage / overcurrent blocking circuit when an overvoltage / overcurrent is detected. It can be controlled to prevent the overvoltage / overcurrent from being delivered to the load.
  • the intensity information of the monitored rectifier output voltage and current may be transmitted to the wireless power transmitter 320 through the communication unit 317.
  • the main controller 316 compares the rectified DC voltage with a predetermined reference voltage to determine whether it is an over-voltage state or an under-voltage state, and according to a determination result, a system error is detected.
  • the detection result may be transmitted to the wireless power transmitter 320 through the communication unit 317.
  • the main controller 316 may control the operation of the rectifier 312 and the DC-DC converter 313 or predetermined overcurrent including a switch or a zener diode to prevent damage to the load when a system error condition is detected.
  • the blocking circuit may be controlled to prevent a voltage higher than a predetermined reference value from being applied to the load 314.
  • the main controller 316 or 326 and the communication unit 317 or 327 of each of the receiver and the transmitter are illustrated as being composed of different modules, but this is only one embodiment. It should be noted that the example main controller 316 or 326 and communication unit 317 or 327 may each be composed of one module.
  • a new wireless power receiver is added to a charging area during charging, a connection with a wireless power receiver being charged is released, charging of the wireless power receiver is completed, or the like. If an event is detected, a power redistribution procedure may be performed for the remaining charging target wireless power receivers. In this case, the power redistribution result may be transmitted to the wireless power receiver (s) connected through the out-of-band communication.
  • FIG. 3 a system for describing a wireless power transmission method in a magnetic resonance method has been described, but this is only one embodiment, and another embodiment of the present invention uses an electromagnetic induction method.
  • the wireless charging system may also be configured with the wireless power transfer method.
  • the electromagnetic induction method may exchange control signals through in-band communication instead of half-duplex out-of-band communication, but is not limited thereto.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the wireless power receiver and the wireless power transmitter having the receiving coil antenna structure according to FIG.
  • the wireless power transmitter includes a DC / DC converter, an amplifier, a main control unit (MCU), a current sensor, a communication unit, and the like. It can be configured by.
  • MCU main control unit
  • the wireless power receiver includes a rectifier for converting an AC signal received through the receiving coil 202 into a DC signal, and a DC / DC converter for converting the rectified DC signal into a specific DC voltage.
  • the electronic device may include a current sensor (Current Sensor), a main control unit (MCU) and a communication unit for measuring a current of a specific port in the wireless power receiver.
  • the communication unit may be equipped with a Bluetooth low power communication function, but is not limited thereto.
  • the communication unit may be equipped with an in-band communication function.
  • the wireless power receiver may further include a reception impedance matching unit.
  • the receiving impedance matching unit may be disposed between the receiving coil and the rectifier to vary the impedance of the receiving device, thereby enabling maximum power transfer according to a change in the state of the battery.
  • the transmission coil antenna of the wireless power transmitter has a magnetic shield 401 and a transmission coil 402 positioned between the magnetic shield 401 and the charging bed 403 to block the transmission of magnetic force to the transmitter circuit. It can be configured as.
  • AC power transmitted through the transmitting coil 402 that is, the magnetic field may be transmitted to the receiving coil 202 through a plastic logo 203 mounted on one side of the metal body 203 of the wireless power receiver.
  • the size of the transmitting coil 402 when the size of the transmitting coil 402 is smaller than the size of the metal body 204 or when the center of the hole 205 of the metal body 204 coincides with the center of the transmitting coil 402. May be determined so that the outermost wire of the transmission coil 402 and the edge of the metal body 204 do not overlap. However, if the metal body becomes 150% or more than the size of the opening, the size of the transmitting coil may be larger than the metal body.
  • the size of the hole 205 is suitably such that 10-50% of the total magnetic field generated by the transmitting coil 402 can be transferred directly to the receiving coil 202.
  • the size of the metal body 204 is appropriate so that at least 75% of the total magnetic field generated by the transmitting coil 402 can be applied.
  • the wireless power receiving device according to the present embodiment may be a smart phone having a metal body, but is not limited thereto.
  • the wireless power receiving device 500 shown in FIG. 7 shows an embodiment of the back side of the wireless power receiving device (side viewed from inside the apparatus).
  • the wireless power receiving device 500 may largely include at least one of the upper body 510, the stopping body 520, and the lower body 530.
  • at least one of the upper body 510, the stop body 520, and the lower body 530 may be formed of a metal body.
  • slits for the design of a mobile communication antenna, a camera module, a speaker, etc. may be configured and separated from each other.
  • slits formed between the stopping body 520 and the upper body 510 and between the stopping body 520 and the lower body 530 are collectively referred to as second openings 515 and 525. Shall be.
  • the middle body 520 and the upper body 510 and the slit formed between the middle body 520 and the lower body 530 are to be described separately, the middle body 520 and the upper body
  • the slits formed between the bodies 510 are referred to as upper second openings 515
  • the slits formed between the stop body 520 and the lower body 530 are referred to as lower second openings 525.
  • a hole 540 may be formed at one side of the stop body 520, and a receiving coil may be disposed around the hole 540.
  • the inside of the hole 540 is a plastic film with a specific logo is attached or a part made of a non-conductive material may be manufactured in the form of the hole 540 to be mounted in the hole 540. It is assumed that the hole 540 is located at the exact center of the middle body 520. When the hole 540 is located at the exact center of the middle body 520, the hole 540 is easily positioned on the chargeable area by the transmitting coil. Therefore, placing the hole 540 directly receiving the magnetic field by the transmitting coil at the center of the stop body 520 may increase charging efficiency and prevent temperature rise. The increase in temperature may cause a failure in the wireless power transmitter as well as the wireless power receiving device, causing a failure or abnormally ending the wireless charging.
  • the wireless power receiving device 500 may further comprise a first opening 545.
  • the first opening 545 is connected to the upper second opening 515 and may be configured to be in contact with the outer diameter of the hole 540. According to another embodiment, the first opening 545 is connected to the lower second opening 525, the left edge of the middle body 520, or the right edge of the middle body 520, and is connected to the outer diameter of the hole 540. It may be configured to.
  • the first opening 545 may be made of a non-conductive material.
  • the non-conductive material may include a plastic material, but is not limited thereto.
  • the width of the first opening 545 may be smaller than the diameter of the hole 540.
  • the width of the first opening 545 may be formed within 5mm, but is not limited thereto.
  • the receiving coil 710 may have a shape wound in a circle along the outer diameter of the hole 540. Therefore, the inner diameter of the receiving coil 710 is the diameter of the innermost coil, the outer diameter of the receiving coil 710 is the diameter of the outermost coil.
  • the outer diameter D2 of the receiving coil 710 may be larger than the outer diameter D1 of the hole 540, and the inner diameter of the receiving coil 710 may also be larger than the outer diameter D1 of the hole 540. As a result, maximum efficiency can be obtained in a receiving coil composed of several turns.
  • the outer diameter D2 of the receiving coil 710 may be larger than the outer diameter D1 of the hole 540, and the inner diameter of the receiving coil 710 may be smaller than the outer diameter D1 of the hole 540. Can be.
  • the receiving coil 710 may have higher wireless power reception efficiency. That is, as the receiving coil 710 has a shape wound along the hole 540, according to the positional relationship between the hole 540 and the receiving coil 710, the magnetic field transmitted to the receiving coil 710 is maximized, It can have a high wireless power reception efficiency.
  • FIG. 6 is a view for explaining an embodiment of a receiving coil included in a wireless power receiving device according to another embodiment of the present invention.
  • the first opening 645 is connected to the lower second opening 625 and may be configured to be in contact with the outer diameter of the hole 640. According to another embodiment, the first opening 645 is connected to the upper second opening 615, the left edge of the middle body 620, or the right edge of the middle body 620, and is connected to the outer diameter of the hole 640. It may be configured to.
  • the wireless power receiving device 600 shown in FIG. 6 represents another embodiment of the back side (side viewed from the inside of the apparatus) of the wireless power receiving device.
  • the receiving coil 810 may have a shape wound in a circle along the outer diameter of the hole 640. Therefore, the inner diameter of the receiving coil 810 is the diameter of the innermost coil, the outer diameter of the receiving coil 810 is the diameter of the outermost coil.
  • the outer diameter D4 of the receiving coil 810 may be larger than the outer diameter D1 of the hole 640, and the inner diameter of the receiving coil 810 may also be larger than the outer diameter D1 of the hole 640.
  • the outer diameter D2 of the receiving coil 810 may be larger than the outer diameter D1 of the hole 640, and the inner diameter of the receiving coil 810 may be smaller than the outer diameter D1 of the hole 640. Can be.
  • the receiving coil 810 may have a higher wireless power reception efficiency. That is, as the receiving coil 810 has a shape wound along the hole 640, the magnetic field transmitted to the receiving coil 810 is maximized according to the positional relationship between the hole 640 and the receiving coil 810. It can have a high wireless power reception efficiency.
  • FIG. 7 is a diagram for describing another exemplary embodiment of a receiving coil included in the wireless power receiving device illustrated in FIG. 5.
  • the wireless power receiving device 900 shown in FIG. 7 shows another embodiment of the back side (side viewed from inside the apparatus) of the wireless power receiving device 500 of FIG. 5.
  • the receiving coil 910 may have a form wound along the outer diameter of the hole 540 similarly to the receiving coil 710 illustrated in FIG. 5. However, the shape of the receiving coil 910 may be modified and manufactured for various reasons (eg, a bottom design structure of the metal body).
  • the receiving coil 910 may have a larger outer diameter and inner diameter than the receiving coil 710 of FIG. 5, and may have an elliptical shape rather than a circular shape.
  • a distance between the upper second opening 515 and the uppermost end of the hole 540 is referred to as a first height H1, and half of the first height H1 is referred to as a second height H2.
  • a line separated from the upper second opening 515 by the second height H2 may be referred to as a first line L1.
  • the lower end A line separated from the second opening 525 by the fourth height H4 may be referred to as a second line L2.
  • the wireless power reception efficiency may decrease rapidly.
  • the receiving coil 910 is preferably disposed between the first line (L1) and the second line (L2).
  • a line separated from the left edge of the body 520 by the second width W2 may be referred to as a third line L3.
  • the third width W3 when the distance between the right edge of the middle body 520 and the right end of the hole 540 is referred to as the third width W3 and half of the third width W3 is referred to as the fourth width W4.
  • the line separated from the right edge of the middle body 520 by the fourth width W4 may be referred to as a fourth line L4.
  • the wireless power reception efficiency may be sharply lowered.
  • the receiving coil 910 is preferably disposed between the third line L3 and the fourth line L4.
  • An area partitioned between the first line L1 and the second line L2 and between the third line L3 and the fourth line L4 may be defined as the first area A1. That is, the receiving coil 910 may be disposed in the first area A1 to increase the wireless power reception efficiency.
  • the criterion for determining the first area A1 is described as a specific ratio (for example, the first line L1 is determined as the second height H2 that is 50% of the first height H1).
  • the specific ratio may be determined differently according to the structure of the wireless power receiving device 900, the size of the hole 540, the inductance of the receiving coil 910, and the like.
  • the ratio in which each of the first line L1 to the fourth line L4 is determined may be set differently.
  • the wireless power receiver According to the wireless power receiver according to the embodiment of the present invention, it is possible to minimize the decrease in the wireless power transmission efficiency due to the influence of the metal body, and to minimize the heat generated in the metal body.
  • FIG. 8 is a diagram for describing another embodiment of a receiving coil included in the wireless power receiving device shown in FIG. 6.
  • the wireless power receiving device 1000 illustrated in FIG. 8 illustrates another embodiment of the backside (side viewed from the inside of the apparatus) of the wireless power receiving device 600 of FIG. 6.
  • the receiving coil 1010 may have a shape wound along the outer diameter of the hole 640 similarly to the receiving coil 810 illustrated in FIG. 6. However, the shape of the receiving coil 1010 may be modified and manufactured for various reasons (eg, a bottom design structure of the metal body, etc.).
  • the receiving coil 1010 may have a larger outer diameter and inner diameter than the receiving coil 810 of FIG. 6, and may have an elliptic shape rather than a circular shape.
  • a distance between the upper second opening 615 and the uppermost end of the hole 640 is referred to as a fifth height H5, and half of the fifth height H5 is referred to as a sixth height H6.
  • a line separated from the upper second opening 615 by the sixth height H6 may be referred to as a fifth line L5.
  • a line separated from the second opening 625 by the eighth height H8 may be referred to as a sixth line L6.
  • the wireless power reception efficiency may be drastically reduced.
  • the receiving coil 1010 may be disposed between the fifth line L5 and the sixth line L6.
  • a line separated from the left edge of the body 620 by the sixth width W6 may be referred to as a seventh line L7.
  • the seventh width W7 when the distance between the right edge of the middle body 620 and the right end of the hole 640 is referred to as the seventh width W7 and half of the seventh width W7 is referred to as the eighth width W8.
  • the line separated from the right edge of the middle body 620 by the eighth width W8 may be referred to as an eighth line L8.
  • the wireless power reception efficiency may be drastically reduced.
  • the receiving coil 1010 is preferably disposed between the seventh line (L7) and the eighth line (L8).
  • An area partitioned between the fifth line L5 and the sixth line L6 and between the seventh line L7 and the eighth line L8 may be defined as a second area A2. That is, the receiving coil 1010 may be disposed in the second area A2 to increase the wireless power reception efficiency.
  • the criterion for determining the second area A2 is described as a specific ratio (for example, the fifth line L5 is determined as the sixth height H6 that is 50% of the fifth height H5).
  • the specific ratio may be determined differently according to the structure of the wireless power receiving device 1000, the size of the hole 640, the inductance of the receiving coil 1010, and the like.
  • a ratio in which each of the fifth line L5 to the eighth line L8 is determined may be set differently.
  • the wireless power receiver According to the wireless power receiver according to the embodiment of the present invention, it is possible to minimize the decrease in the wireless power transmission efficiency due to the influence of the metal body, and to minimize the heat generated in the metal body.
  • the transmission efficiency may be greater than that when only the transmitting / receiving coil is used without the metal body.
  • the receiving coil can be mounted in the metal body to maximize heat conduction, minimize the mounting volume of the receiving coil unit, and improve the transmission efficiency.
  • the present invention relates to a wireless charging technology, and can be applied to a wireless power receiver for receiving power wirelessly.

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Abstract

본 발명은 무선 전력 수신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 바디(Metal Body)가 구비된 무선 전력 수신 장치는, 상기 메탈 바디의 일측에 형성되는 홀; 상기 메탈 바디의 상부 또는 하부를 구분하는 제2 개구부와 상기 홀에 각각 연접되는 제1 개구부; 및 상기 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 송출하는 무전 전력 송신 장치로부터 전자기장을 수신하는 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일의 외경은 상기 홀의 외경보다 클 수 있다. 따라서, 본 발명은 메탈 바디가 구비된 무선 전력 수신 장치에서의 발열을 최소화하고 무선 전력 전송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 수신 장치
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 메탈 바디가 구비된 무선 전력 수신 디바이스의 무선 전력 수신 효율을 극대화시키고 발열 현상을 최소화시키기 위한 수신 안테나의 구조 및 해당 수신 안테나가 탑재된 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술이다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Magnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 전력 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 비방사 (Non-radiative) 자기장의 자기 유도와 안테나의 구조적 공진 또는 회로적 공진을 이용한다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 원거리 전송에서는 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 방식-은 에너지가 라디오 파(Radiowave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 수신부에서 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 라디오 파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
최근 스마트폰의 두께를 줄이고 방열 구조를 개선하기 위해 스마트폰의 바디 및 프레임을 기존 플라스틱 계열 소재에서 메탈 계열 소재로 바뀌고 있는 실정이다.
하지만, 종래의 메탈 바디가 구비된 무선 전력 수신 디바이스의 경우, 무선 전력 전송 장치에 의해 송출되는 자기장 또는 NFC(Near Field Communication) 송신 장치에서 송출되는 자기장이 메탈 바디의 영향으로 무선 전력 전송 효율이 저하될 뿐만 아니라, 메탈 바디가 발열되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 수신 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 메탈 바디의 영향으로 전력 전송 효율이 저하되는 것을 방지하는 것이 가능한 무선 전력 수신 디바이스를 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 무선 전력 수신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 바디(Metal Body)가 구비된 무선 전력 수신 장치는, 상기 메탈 바디의 일측에 형성되는 홀; 상기 메탈 바디의 상부 또는 하부를 구분하는 제2 개구부; 상기 제2 개구부와 상기 홀에 각각 연접되는 제1 개구부; 및 상기 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 송출하는 무전 전력 송신 장치로부터 자기장을 수신하는 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일의 외경은 상기 홀의 외경보다 클 수 있다.
실시예에 따라, 상기 수신 코일은, 상기 홀의 외경을 따라 원형으로 감긴 형태를 가질 수 있다.
실시예에 따라, 상기 수신 코일의 내경은 상기 홀의 외경보다 작을 수 있다.
실시예에 따라, 상기 수신 코일의 내경은 상기 홀의 외경보다 클 수 있다.
실시예에 따라, 상기 수신 코일은, 제1 영역 내부에 배치되고, 상기 제1 영역은 상단 제2 개구부 및 하단 제2 개구부 각각으로부터 일정 높이만큼 이격된 제1 라인 및 제2 라인과, 상기 메탈 바디의 좌측 모서리 및 상기 메탈 바디의 우측 모서리 각각으로부터 일정 폭만큼 이격된 제3 라인 및 제4 라인에 의해 구획될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 일정 높이는 상기 상단 제2 개구부와 상기 홀의 상부 외경 사이의 거리 또는 상기 하단 제2 개구부와 상기 홀의 하부 외경 사이의 거리를 제1 비율로 축소한 높이이고, 상기 일정 폭은 상기 메탈 바디의 좌측 모서리와 상기 홀의 좌측 외경 사이의 거리 또는 상기 메탈 바디의 우측 모서리와 상기 홀의 우측 외경 사이의 거리를 제2 비율로 축소한 폭일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 비율 및 상기 제2 비율은 50%일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부는 비전도성 소재로 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 수신 코일의 일면에 접착 시트를 통해 부착되어 상기 홀을 통해 일면이 외부 노출되는 플라스틱 필름을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 메탈 바디에 형성된 홀의 직경에 따라 상기 수신 코일의 직경이 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치에 장착된 송신 코일의 직경에 따라 상기 메탈 바디에 형성되는 상기 홀의 직경이 결정될 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 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 수신 디바이스를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 메탈 바디의 영향으로 전력 전송 효율이 저하되는 것을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 수신 디바이스를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 전송 장치의 송신 코일 또는 NFC(Near Field Communication) 안테나를 통해 송출되는 자기장으로 인해 메탈 바디가 발열되는 현상을 차단하는 것이 가능한 무선 전력 수신 디바이스를 제공하는 장점이 있다.
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 종래 기술에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에서의 무선 전력 수신 안테나의 장착 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공진 방식에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.
도 4는 상기 도 2에 따른 수신 코일 안테나 구조를 구비한 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 메탈 바디(Metal Body)가 구비된 무선 전력 수신 장치는, 상기 메탈 바디의 일측에 형성되는 홀; 상기 메탈 바디의 상부 또는 하부를 구분하는 제2 개구부; 상기 제2 개구부와 상기 홀에 각각 연접되는 제1 개구부; 및 상기 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 송출하는 무전 전력 송신 장치로부터 자기장을 수신하는 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일의 외경은 상기 홀의 외경보다 클 수 있다.
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)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신 장치에 대해 설명의 편의를 위해 송신기, 송신단, 송신 장치, 송신측, 파워 전송 장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 수신 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 수신기, 단말기, 수신측, 수신 장치, 파워 수신 장치 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태 또는 거치대 형태로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 송신 수단을 구비하여 복수의 수신기에 무선으로 전력을 전달할 수도 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, 기타 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
이하의 설명에서는 무선 전력 수신 장치에 구비되며, 무선 전력 송신 장치에 의해 송출되는 교류 신호를 수신하는 수신 코일을 수신 코일 안테나 또는 수신 안테나와 혼용하여 사용하기로 한다.
또한, 무선 전력 송신 장치에 구비되며, 무선 전력 수신 장치의 무선 충전을 위한 교류 신호가 송출되는 송신 코일을 송신 코일 안테나 또는 송신 안테나와 혼용하여 사용하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상세하게, 도 1은 종래 메탈 바디의 일측에 형성된 로고 홀(Logo Hole)을 통해 제조사 로고가 외부에 노출되도록 구성된 스마트폰의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 메탈 바디가 구비된 스마트폰의 후면은 크게 상단 바디(110), 중앙 바디(120), 하단 바디(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
상단 바디(110)의 일측에는 카메라(111)와 후레쉬(112)가 장착될 수 있으며, 상단 바디(110)의 내부 일측에는 무선 통신을 위한 안테나가 장착될 수 있다. 상단 바디(110)의 전부 또는 일부는 정상적인 무선 통신을 위해 금속 재질이 아닌 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
중앙 바디(120)는 메탈 소재로 구성될 수 있으며, 중앙 바디(120)의 일측에는 NFC(Near Field Communication) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 등의 근거리 무선 통신을 위한 홀(122)이 형성될 수 있다. 일 예로, 홀(122)의 형태는 원형이거나 해당 제조사의 로고 형태일 수 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 스마트폰의 구현 형태 및 제조사의 선택에 따라 상이하게 형성될 수 있음을 주의해야 한다. 또한, 중앙 바디(120)의 메탈 소재로 알루미늄 소재가 사용될 수 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 제조사의 선택에 따라 티타늄, 텅스텐 등의 다양한 메탈 소재가 적용될 수 있다. 홀(122)에는 도면 번호 121의 전파 차단 및 간섭을 발생시키지 않는 플라스틱 계열의 소재로 로고(121b)가 형성되어 장착될 수 있다.
또한, 플라스틱 로고(121b)의 일면에는 홀(122) 밖으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 접착 시트(121a)가 장착될 수 있다. 일 예로, 도면 번호 121에 도시된 바와 같이, 접착 시트(121a)의 일부 영역은 메탈 바디(121c)의 일면에 부착되어 플라스틱 로고(121b)를 고정시킬 수 있다.
만약, 홀(122)을 통해 근거리 무선 통신이 이루어지지 않는 경우, 일 실시예에 따른 접착 시트는 금속 재질의 접착 시트일 수 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 플라스틱 재질일 수도 있다.
하단 바디(130)는 스피커(131), 외부 전원 및 디바이스 연결 포트(132), 마이크(133), 이어폰 연결 포트(134) 등이 구비될 수 있다.
하단 바디(130)는 메탈 재질로 형성되거나 일부 또는 전체가 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에서의 무선 전력 수신 안테나의 장착 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
일 실시예로, 무선 전력 수신 안테나가 장착된 스마트폰의 단면 구조는 도면 번호 210에 도시된 바와 같이, 스마트폰 후면의 메탈 바디(204) 또는 메탈 하우징의 일측에 구비된 홀(205)에 플라스틱 로고(203)의 일면이 외부에 노출되도록 삽입되고, 그 상단에 수신 코일(202)이 적층되며, 수신 코일(202)의 상단에는 자성 차폐 시트(201)가 적층될 수 있다.
최종적으로 무선 전력 수신을 위한 수신 코일(202)은 도면 번호 220과 같이 플라스틱 로고(203)와 자성 차폐 시트(201) 사이에 장착될 수 있다. 일 예로, 플라스틱 로고(203)의 직경은 10 ~ 20mm이고, 수신 코일(202)의 직경은 30 ~ 40mm이 고, 두께는 0.2 ~ 0.3mm일 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 수신 코일이 장착되는 무선 전력 수신 디바이스의 용도 및 구조, 무선 전력 송신기에 장착되는 송신 코일의 직경 및 두께에 따라 홀(205)의 직경이 상이하게 결정될 수 있고, 홀(205)의 직경에 따라 수신 코일(202)의 직경 및 두께는 상이하게 결정될 수도 있음을 주의해야 한다. 또한, 자성 차폐 시트(201)의 두께는 0.2 ~ 0.3mm이고, 수신 코일(202)에 의해 발생되는 자기장이 충분히 차폐될 수 있도록 수신 코일(202)보다 넓은 면적을 가지도록 구성될 수 있다.
수신 코일(202)은 플라스틱 로고(203)가 삽입되는 홀(205)의 외형을 따라 감긴 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따른 수신 코일(202)의 상/하단면에는 양면 접착 시트가 부착될 수 있다. 이 경우, 플라스틱 로고(203)와 자성 차폐 시트(201)가 수신 코일(202)의 양면에 각각 부착되며, 이를 통해 플라스틱 로고(203)가 홀(205)에 고정되어 장착될 수 있다.
일 실시예에서는 도 2와 같이 수신 코일(202)이 메탈 하우징 내부에 배치될 수 있다. 즉, 수신 코일(202)이 메탈 하우징 하면에 상당한 거리로 이격되어 배치되는 것이 아니라, 메탈 하우징과 절연된 상태에서(이는 Short 현상을 막기 위함) 메탈 하우징에 최대한 근접하게 배치되므로, 수신 코일(202)에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있다. 따라서, 수신 코일부의 배치 구조를 최적화할 수 있고 발열 문제를 해결할 수 있다. 여기서, 수신 코일(202)과 메탈 하우징 간의 절연은, 수신 코일(202)이 절연 코팅된 코일인 경우 상기 절연 코팅에 의해, 수신 코일(202)이 절연 코팅되지 않은 코일인 경우 별도의 절연막에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 수신 코일(202)이 메탈 하우징에 최대한 근접하는 형태로 장착이 가능하므로, 송수신 사이의 거리를 단축할 수 있어 상호 인덕턴스를 증가시킬 수 있으므로 전력 전송 효율도 높아질 수 있다.
일 실시예에 따른 플라스틱 로고(203)는 플라스틱 필름 형태로 구성될 수도 있으며, 수신 코일(202)은 리드 프레임 패턴 코일(Lead Frame Pattern Coil)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신 코일(202)은, 리츠 와이어 코일, 금속선 코일, 동판 에칭 코일, PCB(Printed Circuit Board) 패턴 코일, FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등이 사용될 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 수신 디바이스는 해당 디바이스 본체의 후면 일측에 형성된 홀을 통해 외부 노출되는 로고를 표시하기 위한 플라스틱 필름(Plastic Film), 플라스틱 필름 일면에 장착되는 리드 프레임 패턴 코일(Lead Frame Pattern Coil), 리드 프레임 패턴 코일 일면에 장착되는 마그네틱 쉬트(Magnetic Sheet)가 적층되어 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공진 방식에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신기(320)와 무선 전력 수신기(310)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도 3에는 무선 전력 송신기(320)가 하나의 무선 전력 수신기(310)에 무선 파워를 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(320)는 복수의 무선 전력 수신기(310)에 무선 전력을 전송하여 무선 충전을 수행할 수도 있다. 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(310)는 복수의 무선 전력 송신기(320)로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신기(420)는 무선 전력 전송을 위해 정의된 특정 동작 주파수를 이용하여 자기장을 발생시키며, 무선 전력 수신기(310)는 구비된 수신 코일을 통해 수신된 자기장으로 전력 생성하여 구비된 부하를 충전시킬 수 있다.
무선 전력 수신기(310)는 무선 전력 송신기(320)에 의해 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수로 동조하여 전력을 수신할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 전송을 위해 사용되는 동작 주파수는 6.78MHz 대역일 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
즉, 무선 전력 송신기(320)에 의해 송출되는 전력 신호는 송신과 수신 코일 각각의 공진 현상을 통해 무선 전력 수신기(310)에 전달될 수 있다.
하나의 무선 전력 송신기(320)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기(310)의 최대 개수는 무선 전력 송신기(320)의 최대 전송 파워 레벨, 무선 전력 수신기(310)의 최대 전력 수신 레벨, 무선 전력 송신기(320) 및 무선 전력 수신기(310)의 물리적인 형태 및 구조 등에 기반하여 결정될 수 있다.
무선 전력 송신기(320)와 무선 전력 수신기(310)는 무선 전력 전송을 위한 주파수 대역-즉, 공진 주파수 대역-과는 상이한 주파수 대역으로 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 양방향 통신은 2.4GHz 대역을 이용한 반이중 방식의 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 프로토콜이 적용될 수 있으나 이에 국한되지는 않으며, NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신 등의 다른 근거리 무선 통신이 적용될 수도 있다.
무선 전력 송신기(320)와 무선 전력 수신기(310)는 상기 양방향 통신을 통해 서로의 특성 및 상태 정보-예를 들면, 전력 제어를 위한 전력 협상 정보 등을 포함함-를 교환할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신기(310)는 무선 전력 송신기(320)로부터 수신되는 전력 레벨을 제어하기 위한 소정 전력 수신 상태 정보를 양방향 통신을 통해 무선 전력 송신기(320)에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기(320)는 수신된 전력 수신 상태 정보에 기반하여 동적으로 전송 전력 레벨을 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기(320)는 전력 전송 효율을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라 과전압(Over-Voltage) 또는 과열 등에 따른 부하 파손을 방지하는 기능, 저전압(Under-Voltage)에 따라 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지하는 기능 등을 제공할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(320)는 양방향 통신을 통해 무선 전력 수신기(310)의 인증 및 식별, 무선 전력 수신기(310)와 구성 및 상태 정보 교환, 호환되지 않는 장치 또는 충전이 불가능한 물체 식별(Foreign Object Detection), 유효한 부하를 식별, 충전 완료 상태 정보 획득, 시스템 오류 및 알람 확인, 복수의 수신기를 위한 전력 분배 등의 기능을 수행할 수도 있다.
이하에서는, 보다 구체적으로 공진 방식의 무선 전력 전송 과정을 상기 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
무선 전력 송신기(320)는 전원공급부(power supplier, 321), 전력변환부(Power Conversion Unit, 322), 매칭회로(Matching Circuit, 323), 송신공진기(Transmission Resonator, 324), 송신기 전력 센서(325), 주제어부(Main Controller, 326) 및 통신부(Communication Unit, 327)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(327)은 무선 전력 수신기로의 제어 정보를 전송을 위한 데이터 송신기(Data Transmitter)와 무선 전력 수신기로부터 제어 정보를 수신하기 위한 데이터 수신기(Data receiver)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원공급부(321)는 주제어부(326)의 제어에 따라 전력변환부(322)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.
전력변환부(322)는 주제어부(326)의 제어에 따라 전력공급부(321)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(322)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 파워 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
매칭회로(323)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(322)와 송신공진기(324) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.
송신공진기(324)는 매칭회로(323)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
송신기 전력 센서(325)는 송신기 각 단의 전압, 전류, 전력의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(326)에 제공할 수 있다. 일 예로, 송신기 전력 센서(325)는 전원 공급부(321)의 출력 전압/전류의 세기, 전력변환부(322) 출력 전압/전류의 세기 및 위상, 매칭 회로(323)의 출력 전압/전류의 세기 및 위상 등을 측정하여 주제어부(326)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(320)는 무선 전력 송신 장치(320)의 내부 온도를 측정하는 소정 온도 센서를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 온도 센서는 측정된 온도 정보를 주제어부(326)에 제공할 수 있으며, 주제어부(326)는 온도 센서로부터 수신된 온도 정보에 기반하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있으며, 그에 따른 전력 전송 제어를 수행할 수도 있다.
무선 전력 수신기(310)는 수신공진기(Receiving Resonator, 311), 정류기(Rectifier, 312), DC-DC 변환기(DC-DC Converter, 313), 부하(Load, 314), 수신기 전력 센서(315), 주제어부(Main Controller, 316) 및 통신부(Communication Unit, 317)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
수신공진기(311)는 자기 결합과 공진(Resonance)을 통해 송신공진기(324)에 의해 송출된 전력을 수신할 수 있다.
정류기(312)는 수신공진기(311)를 통해 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
DC-DC 변환기(313)는 정류된 DC 전압을 부하(314)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.
수신기 전력 센서(315)는 수신기 각 단의 전압, 전류의 세기 및 위상을 측정하고, 측정 결과를 주제어부(316)에 제공할 수 있다. 일 예로, 수신기 전력 센서(315)는 수신 공진기(311)의 출력 전압/전류의 세기 및 위상, 정류기(312) 출력 전압/전류의 세기, DC/DC 변환기(313) 출력 전압/전류의 세기 등을 측정하여 주제어부(316)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(310)는 무선 전력 수신 장치(310)의 내부 온도를 측정하는 소정 온도 센서를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 온도 센서는 측정된 온도 정보를 주제어부(316)에 제공할 수 있으며, 주제어부(316)는 온도 센서로부터 수신된 온도 정보에 기반하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있으며, 판단 결과, 과열 발생이 감지되면, 주제어부(316)는 통신부(317)를 통해 과열이 발생되었음을 지시하는 소정 알람 메시지를 무선 전력 송신기(320)에 전송할 수 있다.
주제어부(316)는 정류기(312) 및 DC-DC 변환기(313)의 동작을 제어하거나 무선 전력 수신기(310)의 특성 및 상태 정보를 생성하고, 생성된 특성 및 상태 정보를 통신부(317)를 통해 무선 전력 송신기(320)에 전송할 수 있다. 일 예로, 주제어부(316)는 정류기(312)와 DC-DC 변환기(313)에서의 출력 전압 및 전류의 세기를 모니터링하여 과전압/과전류가 감지된 경우, 내부 구비된 과전압/과전류 차단 회로를 제어하여 과전압/과전류가 부하에 전달되는 것이 차단되도록 제어할 수 있다.
일 예로, 모니터링된 정류기 출력 전압 및 전류의 세기 정보가 통신부(317)를 통해 무선 전력 송신기(320)에 전송될 수 있다.
또한, 주제어부(316)는 정류된 DC 전압을 소정 기준 전압과 비교하여 과전압 상태(Over-Voltage State)인지 저전압 상태(Under-Voltage State)인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 시스템 오류가 감지된 경우, 감지 결과를 통신부(317)를 통해 무선 전력 송신기(320)에 전송할 수도 있다.
또한, 주제어부(316)는 시스템 오류 상태가 감지되면, 부하의 훼손을 방지하기 위해 정류기(312) 및 DC-DC 변환기(313)의 동작을 제어하거나 스위치 또는(및) 제너 다이오드를 포함한 소정 과전류 차단 회로를 제어하여 부하(314)에 소정 기준치 이상의 전압이 인가되지 않도록 제어할 수도 있다.
상기한 도 3에서는 수신기 및 송신기 각각의 주제어부(316 또는 326)와 통신부(317 또는 327)가 서로 다른 모듈로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 주제어부(316 또는 326)와 통신부(317 또는 327)가 각각 하나의 모듈로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
본 발명에 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(320)는 충전 중 충전 영역에 새로운 무선 전력 수신기가 추가되거나, 충전 중인 무선 전력 수신기와의 접속이 해제되거나, 무선 전력 수신기의 충전이 완료되는 등의 이벤트가 감지되면, 나머지 충전 대상 무선 전력 수신기들에 대한 전력 재분배 절차를 수행할 수도 있다. 이때, 전력 재분배 결과는 대역외 통신을 통해 접속된 무선 전력 수신기(들)에 전송될 수 있다.
상기한 도 3의 실시예에서는 자기 공진 방식에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 시스템에 관해 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 전자기 유도 방식을 이용한 무선 전력 전송 방법으로도 무선 충전 시스템이 구성될 수도 있음을 주의해야 한다. 전자기 유도 방식은 반이중 대역외 통신이 아닌 인밴드 통신을 통해 제어 신호를 교환할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 상기 도 2에 따른 수신 코일 안테나 구조를 구비한 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치는 직류-직류 변환기(DC/DC Converter), 증폭기(Amplifier), 주제어부(MCU:Main Control Unit), 전류 센서(Current Sensor) 및 통신부 등을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 수신 코일(202)을 통해 수신된 AC 신호를 DC 신호로 변환하기 위한 정류기(Rectifier), 정류된 DC 신호를 특정 DC 전압으로 변환하기 위한 직류-직류 변환기(DC/DC Converter), 무선 전력 수신 장치 내 특정 포트의 전류를 측정하기 위한 전류 센서(Current Sensor), 주제어부(MCU:Main Control Unit) 및 통신부 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부는 블루투스 저전력 통신 기능이 탑재될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 무선 전력 수신 장치가 전자기 유도 방식을 지원하는 경우, 통신부는 인밴드 통신 기능이 탑재될 수도 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치는 수신 임피던스 정합부를 더 포함할 수도 있다. 수신 임피던스 정합부는 수신 코일과 정류기 사이에 배치되어 수신 장치의 임피던스를 가변할 수 있으며, 이를 통해 배터리의 상태 변화에 따라 최대 전력전달이 가능하도록 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기의 송신 코일 안테나는 송신기 회로로 자기력이 전달되는 것을 차단하기 위한 자성 차폐제(401)와 자성 차폐제(401)와 충전 베드(403) 사이에 위치한 송신 코일(402)로 구성될 수 있다.
송신 코일(402)를 통해 송출되는 AC 전력-즉, 자기장-은 무선 전력 수신 장치의 메탈 바디(203) 일측에 장착된 플라스틱 로고(203)를 통해 수신 코일(202)에 전달될 수 있다.
송신 코일(402)의 크기가 메탈 바디(204)의 크기보다 작거나 메탈 바디(204)의 홀(205)의 중심과 송신 코일(402)의 중심이 일치하였을 때, 송신 코일(402)의 크기는 송신 코일(402)의 최외각 와이어와 메탈 바디(204)의 테두리가 겹쳐지지 않도록 결정될 수 있다. 그러나, 메탈 바디가 개구의 크기 보다 150% 이상이 될 경우, 송신 코일의 크기는 메탈 바디보다 클 수 있다.
홀(205)의 크기는 송신 코일(402)에서 생성된 자기장 전체의 10~50% 가 직접 수신 코일(202)로 전달될 수 있도록 하는 크기가 적절하다. 메탈 바디(204)의 크기는 송신 코일(402)에서 생성된 자기장 전체의 75% 이상이 인가될 수 있도록 하는 크기가 적절하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스는 메탈 바디를 가지는 스마트폰일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 도 5를 참조하면, 도 7에 도시된 무선 전력 수신 디바이스(500)는 무선 전력 수신 디바이스의 뒷면(장치 안쪽에서 바라본 면)의 일 실시예를 나타낸다.
무선 전력 수신 디바이스(500)는 크게 상단 바디(510), 중단 바디(520) 및 하단 바디(530) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상단 바디(510), 중단 바디(520) 및 하단 바디(530) 중 적어도 하나는 메탈 바디로 구성될 수 있다.
중단 바디(520)와 상단 바디(510) 또는 하단 바디(530) 사이에는 이동 통신 안테나, 카메라 모듈, 스피커 등의 설계를 위한 슬릿(Slit, 515 및 525)이 구성되어 서로 분리될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 중단 바디(520)와 상단 바디(510) 사이, 중단 바디(520)와 하단 바디(530) 사이에 형성되는 슬릿을 통칭하여 제2 개구부(515 및 525)라 명하기로 한다. 단, 중단 바디(520)와 상단 바디(510) 사이에 형성되는 슬릿과 중단 바디(520)와 하단 바디(530) 사이에 형성되는 슬릿을 구분하여 설명해야 하는 경우, 중단 바디(520)와 상단 바디(510) 사이에 형성되는 슬릿은 상단 제2 개구부(515), 중단 바디(520)와 하단 바디(530) 사이에 형성되는 슬릿은 하단 제2 개구부(525)라 명하기로 한다.
중단 바디(520)의 일측에는 홀(540)이 형성될 수 있으며, 홀(540)의 주변에는 수신 코일이 배치될 수 있다. 물론, 홀(540)의 내부에는 특정 로고가 인쇄된 플라스틱 필름이 부착되거나 비전도성 소재로 만들어진 부품이 홀(540)의 형태로 제작되어 홀(540) 내에 장착될 수 있다. 홀(540)은 중단 바디(520)의 정중앙에 위치한다고 가정한다. 홀(540)이 중단 바디(520)의 정중앙에 위치하였을 때, 송신 코일에 의한 충전 가능 영역 상에 홀(540)이 위치하기 용이해 진다. 따라서, 송신 코일에 의한 자기장을 직접 수신하는 홀(540)을 중단 바디(520)의 정중앙에 위치시키는 것이 충전 효율을 높이고 온도 상승을 방지할 수 있다. 온도의 상승은, 무선 전력 수신 디바이스뿐만 아니라 무선 전력 송신 장치에도 장애를 발생시켜 고장을 유발하거나 무선 충전이 비정상적으로 종료될 수 있다.
무선 전력 수신 디바이스(500)는 제1 개구부(545)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
제1 개구부(545)는 상단 제2 개구부(515)에 연접되고, 홀(540)의 외경과 연접되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에 따라 제1 개구부(545)는 하단 제2 개구부(525), 중단 바디(520)의 좌측 모서리, 또는 중단 바디(520)의 우측 모서리에 연접되고, 홀(540)의 외경과 연접되도록 구성될 수 있다.
또한, 제1 개구부(545)는 비전도성 소재로 구성될 수 있다. 일 예로, 비전도성 소재는 플라스틱 소재를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 개구부(545)의 폭이 홀(540)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 일 예로, 홀(540)의 직경이 13mm인 경우, 제1 개구부(545)의 폭은 5mm 이내로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
수신 코일(710)은 홀(540)의 외경을 따라 원형으로 감긴 형태를 가질 수 있다. 따라서, 수신 코일(710)의 내경은 가장 안쪽 코일의 지름이 되고, 수신 코일(710)의 외경은 가장 바깥쪽 코일의 지름이 된다.
수신 코일(710)의 외경(D2)은 홀(540)의 외경(D1)보다 클 수 있고, 수신 코일(710)의 내경 역시 홀(540)의 외경(D1)보다 클 수 있다. 이로 인해, 여러 턴으로 구성된 수신 코일에서 최대의 효율을 얻을 수 있다.
다른 실시예에 따라, 수신 코일(710)의 외경(D2)은 홀(540)의 외경(D1)보다 클 수 있고, 수신 코일(710)의 내경은 홀(540)의 외경(D1)보다 작을 수 있다.
그리고, 수신 코일(710)이 도 7에 도시된 바와 같이 홀(540)을 따라 감긴 형태를 가지게 되면, 보다 높은 무선 전력 수신 효율을 가질 수 있다. 즉, 수신 코일(710)이 홀(540)을 따라 감긴 형태를 가짐에 따라, 홀(540)과 수신 코일(710)의 위치 관계에 따라, 수신 코일(710)로 전달되는 자기장이 극대화되어, 높은 무선 전력 수신 효율을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 수신 디바이스(600)의 구조는 달리 설명되지 않는 한 도 5의 무선 전력 수신 디바이스(500)의 구조와 다르지 않으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
제1 개구부(645)는 하단 제2 개구부(625)에 연접되고, 홀(640)의 외경과 연접되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에 따라 제1 개구부(645)는 상단 제2 개구부(615), 중단 바디(620)의 좌측 모서리, 또는 중단 바디(620)의 우측 모서리에 연접되고, 홀(640)의 외경과 연접되도록 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 무선 전력 수신 디바이스(600)는 무선 전력 수신 디바이스의 뒷면(장치 안쪽에서 바라본 면)의 다른 실시예를 나타낸다.
수신 코일(810)은 홀(640)의 외경을 따라 원형으로 감긴 형태를 가질 수 있다. 따라서, 수신 코일(810)의 내경은 가장 안쪽 코일의 지름이 되고, 수신 코일(810)의 외경은 가장 바깥쪽 코일의 지름이 된다.
수신 코일(810)의 외경(D4)은 홀(640)의 외경(D1)보다 클 수 있고, 수신 코일(810)의 내경 역시 홀(640)의 외경(D1)보다 클 수 있다.
다른 실시예에 따라, 수신 코일(810)의 외경(D2)은 홀(640)의 외경(D1)보다 클 수 있고, 수신 코일(810)의 내경은 홀(640)의 외경(D1)보다 작을 수 있다.
그리고, 수신 코일(810)이 도 6에 도시된 바와 같이 홀(640)을 따라 감긴 형태를 가지게 되면, 보다 높은 무선 전력 수신 효율을 가질 수 있다. 즉, 수신 코일(810)이 홀(640)을 따라 감긴 형태를 가짐에 따라, 홀(640)과 수신 코일(810)의 위치 관계에 따라, 수신 코일(810)로 전달되는 자기장이 극대화되어, 높은 무선 전력 수신 효율을 가질 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 7에 도시된 무선 전력 수신 디바이스(900)는 도 5의 무선 전력 수신 디바이스(500)의 뒷면(장치 안쪽에서 바라본 면)의 다른 실시예를 나타낸다.
수신 코일(910)은 도 5에 도시된 수신 코일(710)과 마찬가지로 홀(540)의 외경을 따라 감긴 형태를 가질 수 있다. 그러나, 수신 코일(910)의 형태는 다양한 이유로(예컨대, 메탈 바디의 하부 설계 구조 등) 변형되어 제작될 수 있다.
예를 들어, 수신 코일(910)은 도 5의 수신 코일(710)보다 더 큰 외경과 내경을 가질 수 있고, 원형이 아닌 타원 형태를 가질 수 있다.
높은 무선 전력 수신 효율을 위해, 수신 코일(910)에 대해 일정한 설계 조건이 요구된다.
도 7을 참조하면, 상단 제2 개구부(515)와 홀(540)의 최상단 사이의 거리를 제1 높이(H1)라 하고, 제1 높이(H1)의 1/2을 제2 높이(H2)라 하면, 상단 제2 개구부(515)로부터 제2 높이(H2)만큼 떨어진 선을 제1 라인(L1)이라 할 수 있다.
마찬가지로, 하단 제2 개구부(525)와 홀(540)의 최하단 사이의 거리를 제3 높이(H3)라 하고, 제3 높이(H3)의 1/2을 제4 높이(H4)라 하면, 하단 제2 개구부(525)로부터 제4 높이(H4)만큼 떨어진 선을 제2 라인(L2)이라 할 수 있다.
만일, 수신 코일(910)의 상부 외경(코일의 최상단)이 제1 라인(L1)을 넘어서 상단 제2 개구부(515)에 근접하게 되거나, 수신 코일(910)의 하부 외경(코일의 최하단)이 제2 라인(L2)을 넘어서 하단 제2 개구부(525)에 근접하게 되면, 무선 전력 수신 효율이 급격히 저하될 수 있다.
따라서, 수신 코일(910)은 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2) 사이에 배치됨이 바람직 하다.
중단 바디(520)의 좌측 모서리와 홀(540)의 좌측끝 사이의 거리를 제1 폭(W1)이라 하고, 제1 폭(W1)의 1/2을 제2 폭(W2)이라 하면, 중단 바디(520)의 좌측 모서리로부터 제2 폭(W2)만큼 떨어진 선을 제3 라인(L3)이라 할 수 있다.
마찬가지로, 중단 바디(520)의 우측 모서리와 홀(540)의 우측끝 사이의 거리를 제3 폭(W3)이라 하고, 제3 폭(W3)의 1/2을 제4 폭(W4)이라 하면, 중단 바디(520)의 우측 모서리로부터 제4 폭(W4)만큼 떨어진 선을 제4 라인(L4)이라 할 수 있다.
만일, 수신 코일(910)의 좌측 외경(코일의 좌측끝)이 제3 라인(L3)을 넘어서 중단 바디(520)의 좌측 모서리에 근접하게 되거나, 수신 코일(910)의 우측 외경(코일의 우측끝)이 제4 라인(L4)을 넘어서 중단 바디(520)의 우측 모서리에 근접하게 되면, 무선 전력 수신 효율이 급격히 저하될 수 있다.
따라서, 수신 코일(910)은 제3 라인(L3)과 제4 라인(L4) 사이에 배치됨이 바람직 하다.
제1 라인(L1)과 제2 라인(L2) 사이 및 제3 라인(L3)과 제4 라인(L4) 사이로 구획되는 영역은 제1 영역(A1)으로 정의될 수 있다. 즉, 수신 코일(910)은 제1 영역(A1)의 내부에 배치되어, 무선 전력 수신 효율을 높일 수 있다.
도 7의 예에서는 제1 영역(A1)을 결정하는 기준이 특정 비율(예컨대, 제1 라인(L1)이 제1 높이(H1)의 50%인 제2 높이(H2)로 결정)로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 무선 전력 수신 디바이스(900)의 구조, 홀(540)의 크기, 수신 코일(910)의 인덕턴스 등에 따라 상기 특정 비율은 달리 결정될 수 있다. 또한, 제1 라인(L1) 내지 제4 라인(L4) 각각이 결정되는 비율은 각기 달리 설정될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에 의하면, 메탈 바디의 영향에 의한 무선 전력 전송 효율의 감소를 최소화시키고, 메탈 바디에 발생하는 발열을 최소화시키는 것이 가능하다.
도 8은 도 6에 도시된 무선 전력 수신 디바이스에 포함되는 수신 코일의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 8에 도시된 무선 전력 수신 디바이스(1000)는 도 6의 무선 전력 수신 디바이스(600)의 뒷면(장치 안쪽에서 바라본 면)의 다른 실시예를 나타낸다.
수신 코일(1010)은 도 6에 도시된 수신 코일(810)과 마찬가지로 홀(640)의 외경을 따라 감긴 형태를 가질 수 있다. 그러나, 수신 코일(1010)의 형태는 다양한 이유로(예컨대, 메탈 바디의 하부 설계 구조 등) 변형되어 제작될 수 있다.
예를 들어, 수신 코일(1010)은 도 6의 수신 코일(810)보다 더 큰 외경과 내경을 가질 수 있고, 원형이 아닌 타원 형태를 가질 수 있다.
높은 무선 전력 수신 효율을 위해, 수신 코일(1010)에 대해 일정한 설계 조건이 요구된다.
도 8을 참조하면, 상단 제2 개구부(615)와 홀(640)의 최상단 사이의 거리를 제5 높이(H5)라 하고, 제5 높이(H5)의 1/2을 제6 높이(H6)라 하면, 상단 제2 개구부(615)로부터 제6 높이(H6)만큼 떨어진 선을 제5 라인(L5)이라 할 수 있다.
마찬가지로, 하단 제2 개구부(625)와 홀(640)의 최하단 사이의 거리를 제7 높이(H7)라 하고, 제7 높이(H7)의 1/2을 제8 높이(H8)라 하면, 하단 제2 개구부(625)로부터 제8 높이(H8)만큼 떨어진 선을 제6 라인(L6)이라 할 수 있다.
만일, 수신 코일(1010)의 상부 외경(코일의 최상단)이 제5 라인(L5)을 넘어서 상단 제2 개구부(615)에 근접하게 되거나, 수신 코일(1010)의 하부 외경(코일의 최하단)이 제6 라인(L6)을 넘어서 하단 제2 개구부(625)에 근접하게 되면, 무선 전력 수신 효율이 급격히 저하될 수 있다.
따라서, 수신 코일(1010)은 제5 라인(L5)과 제6 라인(L6) 사이에 배치됨이 바람직하다.
중단 바디(620)의 좌측 모서리와 홀(640)의 좌측끝 사이의 거리를 제5 폭(W5)이라 하고, 제5 폭(W5)의 1/2을 제6 폭(W6)이라 하면, 중단 바디(620)의 좌측 모서리로부터 제6 폭(W6)만큼 떨어진 선을 제7 라인(L7)이라 할 수 있다.
마찬가지로, 중단 바디(620)의 우측 모서리와 홀(640)의 우측끝 사이의 거리를 제7 폭(W7)이라 하고, 제7 폭(W7)의 1/2을 제8 폭(W8)이라 하면, 중단 바디(620)의 우측 모서리로부터 제8 폭(W8)만큼 떨어진 선을 제8 라인(L8)이라 할 수 있다.
만일, 수신 코일(1010)의 좌측 외경(코일의 좌측끝)이 제7 라인(L7)을 넘어서 중단 바디(620)의 좌측 모서리에 근접하게 되거나, 수신 코일(1010)의 우측 외경(코일의 우측끝)이 제8 라인(L8)을 넘어서 중단 바디(620)의 우측 모서리에 근접하게 되면, 무선 전력 수신 효율이 급격히 저하될 수 있다.
따라서, 수신 코일(1010)은 제7 라인(L7)과 제8 라인(L8) 사이에 배치됨이 바람직하다.
제5 라인(L5)과 제6 라인(L6) 사이 및 제7 라인(L7)과 제8 라인(L8) 사이로 구획되는 영역은 제2 영역(A2)으로 정의될 수 있다. 즉, 수신 코일(1010)은 제2 영역(A2)의 내부에 배치되어, 무선 전력 수신 효율을 높일 수 있다.
도 8의 예에서는 제2 영역(A2)을 결정하는 기준이 특정 비율(예컨대, 제5 라인(L5)이 제5 높이(H5)의 50%인 제6 높이(H6)로 결정)로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 무선 전력 수신 디바이스(1000)의 구조, 홀(640)의 크기, 수신 코일(1010)의 인덕턴스 등에 따라 상기 특정 비율은 달리 결정될 수 있다. 또한, 제5 라인(L5) 내지 제8 라인(L8) 각각이 결정되는 비율은 각기 달리 설정될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 디바이스에 의하면, 메탈 바디의 영향에 의한 무선 전력 전송 효율의 감소를 최소화시키고, 메탈 바디에 발생하는 발열을 최소화시키는 것이 가능하다.
즉, 개구부를 갖는 메탈 바디를 이용하여, 수신 코일 사이즈가 송신 코일보다 작을 경우, 메탈 바디 없이 송수신 코일만을 사용한 경우보다 더 큰 전송 효율을 갖도록 할 수 있다.
수신 코일은 메탈 바디 속에 장착하여, 열 전도를 최대화 할 수 있고, 수신 코일 부의 실장 부피를 최소화 할 수 있으며, 전송 효율 또한 개선할 수 있다.
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.
본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 메탈 바디(Metal Body)가 구비된 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    상기 메탈 바디의 일측에 형성되는 홀;
    상기 메탈 바디의 상부 또는 하부를 구분하는 제2 개구부;
    상기 제2 개구부와 상기 홀에 각각 연접되는 제1 개구부; 및
    상기 무선 전력 수신 장치로 무선 전력을 송출하는 무전 전력 송신 장치로부터 자기장을 수신하는 수신 코일을 포함하고,
    상기 수신 코일의 외경은 상기 홀의 외경보다 큰, 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일은 상기 메탈 바디의 일면과 절연된 상태에서 최대한 근접하도록 배치되는, 무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 바디의 일면은 상기 홀 주위에 형성된 제1 오목부를 가지며,
    상기 수신 코일은 상기 제1 오목부에 배치되는, 무선 전력 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메탈 바디는 상기 제1 오목부의 외측에 형성되는 제2 오목부를 더 포함하고,
    상기 수신 코일과 접하고, 상기 제2 오목부에 배치되는 차폐 시트를 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일은, 상기 홀의 외경을 따라 원형으로 감긴 형태를 갖는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일의 내경은 상기 홀의 외경보다 작은 무선 전력 수신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일의 내경은 상기 홀의 외경보다 큰 무선 전력 수신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일은, 제1 영역 내부에 배치되고,
    상기 제1 영역은 상단 제2 개구부 및 하단 제2 개구부 각각으로부터 일정 높이만큼 이격된 제1 라인 및 제2 라인과, 상기 메탈 바디의 좌측 모서리 및 상기 메탈 바디의 우측 모서리 각각으로부터 일정 폭만큼 이격된 제3 라인 및 제4 라인에 의해 구획되는 무선 전력 수신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 일정 높이는 상기 상단 제2 개구부와 상기 홀의 상부 외경 사이의 거리 또는 상기 하단 제2 개구부와 상기 홀의 하부 외경 사이의 거리를 제1 비율로 축소한 높이이고,
    상기 일정 폭은 상기 메탈 바디의 좌측 모서리와 상기 홀의 좌측 외경 사이의 거리 또는 상기 메탈 바디의 우측 모서리와 상기 홀의 우측 외경 사이의 거리를 제2 비율로 축소한 폭인 무선 전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 비율 및 상기 제2 비율은 50%인 무선 전력 수신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부는 비전도성 소재로 형성되는, 무선 전력 수신 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일의 일면에 접착 시트를 통해 부착되어 상기 홀을 통해 일면이 외부 노출되는 플라스틱 필름을 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 바디에 형성된 홀의 직경에 따라 상기 수신 코일의 직경 및 코일 두께가 결정되는, 무선 전력 수신 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치에 장착된 송신 코일의 직경에 따라 상기 메탈 바디에 형성되는 상기 홀의 직경이 결정되는, 무선 전력 수신 장치.
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