WO2019124756A1 - 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치 - Google Patents

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WO2019124756A1
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coil
disposed
wireless charging
coil pattern
wireless
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PCT/KR2018/014157
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임성현
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엘지이노텍 주식회사
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    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices

Definitions

  • This embodiment relates to a wireless charging apparatus having a wireless communication coil.
  • Portable terminals such as mobile phones and laptops, include a battery for storing power and a circuit for charging and discharging the battery. In order for the battery of such a terminal to be charged, power must be supplied from an external charger.
  • a charging system (hereinafter referred to as a "wireless charging system") and a control method using a method of transmitting power wirelessly are proposed.
  • the wireless charging system since the wireless charging system has not been installed in some portable terminals in the past and the consumer has to purchase a separate wireless charging receiver accessory, the demand for the wireless charging system is low, but the wireless charging user is expected to increase rapidly.
  • Wireless charging function is expected to be equipped basically.
  • a wireless charging system comprises a wireless power transmitter for supplying electric energy in a wireless power transmission mode and a wireless power receiver for receiving electric energy supplied from a wireless power transmitter to charge the battery.
  • NFC Near Field Communication
  • NFC technology is a non-contact, short range wireless communication using the frequency band of 13.56 MHz, which means a communication technology that transmits data bidirectionally between terminals within a distance of 10 cm.
  • a wireless charging device having a wireless charging function is simultaneously provided to a wireless communication coil in order to increase user convenience.
  • the present embodiment is intended to solve the problems of the prior art, and it is an object of this embodiment to provide a wireless charging device having a wireless communication coil.
  • the present embodiment provides a wireless charging device having a wireless communication coil capable of wireless communication and wireless charging.
  • the present embodiment provides a wireless charging apparatus having a miniaturized wireless communication coil.
  • the present embodiment provides a wireless charging device having a wireless communication coil with excellent wireless communication efficiency.
  • the present embodiment is to provide a wireless charging device having a wireless communication coil capable of improving inductance and resistance characteristics of a wireless communication coil.
  • a wireless charging apparatus including: a substrate; A wireless communication coil disposed on the substrate; A shielding material disposed on the substrate and disposed so as to overlap with a part of the wireless communication coil; And a wireless charging coil module disposed on the substrate and the shielding material, wherein the wireless communication coil includes first through fifth coil patterns, and the first coil pattern and the second coil pattern are disposed apart from the shielding material And the third coil pattern to the fifth coil pattern are overlapped with the shielding material.
  • the wireless charging coil module includes first to third wireless charging coils, the third and fourth coil patterns are disposed in an outer area of the first wireless charging coil, It can be placed over the coil.
  • the third coil pattern and the fourth coil pattern are branched from one side of the fifth coil pattern and the third coil pattern is arranged to correspond to one outer side region of the first wireless charging coil, And may be arranged to correspond to the other outer region of the first wireless charging coil.
  • the terminal portion includes: a first terminal portion connecting the first coil pattern; A second terminal portion connecting the second coil pattern; And a third terminal portion connecting the fifth coil pattern, and the first through third terminal portions may be disposed on one side of the substrate.
  • the first terminal portion and the second terminal portion may be disposed on a lower surface of the substrate, and the first coil pattern and the second coil pattern may be connected to the first terminal portion and the second terminal portion via a via hole.
  • first temperature sensor is disposed corresponding to the inside of the first wireless charging coil and the second temperature sensor is disposed corresponding to the inside of the second wireless charging coil, And the third temperature sensor may be arranged corresponding to the inside of the third wireless charging coil.
  • the fifth coil pattern may include a bending portion that is not overlapped with the first temperature sensor.
  • the car body may include first to third heat dissipating holes corresponding to the first to third temperature sensors.
  • the first coil pattern and the second coil pattern may be disposed on an upper surface of the substrate, and the third coil pattern to the fifth coil pattern may be disposed on a lower surface of the substrate.
  • the effect of the wireless charging device having the wireless communication coil according to the present embodiment is as follows.
  • a wireless charging device having a wireless communication coil can be implemented.
  • the wireless charging device including the wireless communication coil according to the present embodiment is capable of wireless communication and wireless charging.
  • the wireless charging apparatus having the wireless communication coil according to the present embodiment can increase the efficiency of wireless communication.
  • the wireless charging apparatus having the wireless communication coil according to the present embodiment can minimize the interference between the wireless communication coil and the wireless charging coil.
  • the wireless charging device including the wireless communication coil according to the present embodiment can improve the inductance and resistance characteristics of the wireless communication coil.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a top view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIG 5 is a top plan view and a bottom plan view of the wireless charging apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a side perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a side perspective view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • the present invention is not necessarily limited to these embodiments, as long as all of the constituent elements of the embodiment are described as being combined or operated together. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. The codes and code segments constituting the computer program may be easily deduced by those skilled in the art. Such a computer program may be stored in a computer-readable storage medium, readable and executed by a computer, thereby realizing embodiments. As the storage medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, or the like may be included.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements.
  • an apparatus for transmitting wireless power on a wireless power charging system includes a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, , , A wireless power transmission device, a wireless power transmitter, a wireless charging device, and the like.
  • a wireless power receiving device, a wireless power receiving device, a wireless power receiving device, a wireless power receiving device, a receiving terminal, a receiving side, a receiving device, a receiver Terminals and the like can be used in combination.
  • the wireless charging device may be configured as a pad type, a cradle type, an access point (AP) type, a small base type, a stand type, a ceiling embedded type, a wall type, Power may be transmitted to the device.
  • AP access point
  • a wireless power transmitter can be used not only on a desk or on a table, but also developed for automobiles and used in a vehicle.
  • a wireless power transmitter installed in a vehicle can be provided in a form of a stand that can be easily and stably fixed and mounted.
  • a wireless power receiver according to another embodiment may also be mounted on a vehicle, an unmanned aerial vehicle, an air drone or the like.
  • a wireless power receiver may include at least one wireless power transmission scheme and may receive wireless power from two or more wireless power transmitters at the same time.
  • the wireless power transmission scheme may include at least one of the electromagnetic induction scheme, the electromagnetic resonance scheme, and the RF wireless power transmission scheme.
  • a wireless power transmitter and a wireless power receiver that constitute a wireless power system can exchange control signals or information through in-band communication or Bluetooth low energy (BLE) communication.
  • the in-band communication and the BLE communication can be performed by a pulse width modulation method, a frequency modulation method, a phase modulation method, an amplitude modulation method, an amplitude and phase modulation method, and the like.
  • the wireless power receiver can transmit various control signals and information to the wireless power transmitter by generating a feedback signal by switching on / off the current induced through the reception coil in a predetermined pattern.
  • the information transmitted by the wireless power receiver may include various status information including received power intensity information.
  • the wireless power transmitter can calculate the charging efficiency or the power transmission efficiency based on the received power intensity information.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a wireless charging system according to an embodiment.
  • the wireless charging system includes a wireless power transmission terminal 10 for transmitting power wirelessly, a receiving terminal 20 for receiving the transmitted power, and an electronic device 30 receiving the received power .
  • the wireless power transmitting terminal 10 and the wireless power receiving terminal 20 can perform in-band communication in which information is exchanged using an operating frequency band used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitting terminal 10 and the wireless power receiving terminal 20 can perform out-of-band communication in which information is exchanged using a separate frequency band different from an operating frequency used for wireless power transmission.
  • information exchanged between the wireless power transmitting terminal 10 and the wireless power receiving terminal 20 may include control information as well as status information of each other.
  • the status information and control information exchanged between the transmitting and receiving end will become more apparent through the description of the embodiments to be described later.
  • the in-band communication and the out-of-band communication may provide bidirectional communication, but the present invention is not limited thereto, and in other embodiments, it may provide unidirectional communication or half-duplex communication.
  • the unidirectional communication may be that the wireless power receiving terminal 20 transmits information only to the wireless power transmitting terminal 10, but the present invention is not limited thereto, and the wireless power transmitting terminal 10 may transmit information Lt; / RTI >
  • bidirectional communication is possible between the wireless power receiving terminal 20 and the wireless power transmitting terminal 10, but information can be transmitted only by any one device at any time.
  • the wireless power receiving terminal 20 may acquire various status information of the electronic device 30.
  • the status information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying an application being executed, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, And is information obtainable from the electronic device 30 and available for wireless power control.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 200 includes a power conversion unit 210, a power transmission unit 220, a wireless charging communication unit 230, a control unit 240, a current sensor 250, a temperature sensor 260, A storage unit 270, a fan 280, a timer 290, a short range communication unit 201, and a wireless communication coil 202.
  • the configuration of the wireless power transmitter 200 is not necessarily essential, and may be configured to include more or less components.
  • the power supply unit 100 may supply power.
  • the power supply unit 100 may correspond to a battery built in the wireless power transmitter 200 or may be an external power supply.
  • the embodiment is not limited to the form of the power supply unit 100.
  • the power conversion unit 201 may convert the power to a predetermined intensity.
  • the power conversion unit 210 may include a DC / DC converter 211 and an amplifier 212.
  • the DC / DC converting unit 211 may convert the DC power supplied from the power supply unit 100 into a DC power having a specific intensity according to a control signal of the controller 240.
  • the amplifier 212 can adjust the intensity of the DC / DC-converted power according to the control signal of the controller 240.
  • the control unit 240 may receive the power reception state information or the power control signal of the wireless power receiver through the wireless charging communication unit 203, and may control the power of the amplifier 2120 based on the received power reception state information or the power control signal. Can be adjusted.
  • the power reception status information may include, but is not limited to, intensity information of the rectifier output voltage, intensity information of the current applied to the reception coil, and the like.
  • the power control signal may include a signal for requesting power increase, a signal for requesting power reduction, and the like.
  • the current sensor 250 can measure the input current input to the driving unit 210.
  • the current sensor 250 may provide the measured input current value to the control unit 240.
  • the control unit 240 may block the supply of power from the power supply unit 100 or block the supply of power to the amplifier 212 adaptively based on the input current value measured by the current sensor 250.
  • the temperature sensor 260 may measure the internal temperature of the wireless power transmitter 200 and provide the measurement result to the control unit 240.
  • the temperature sensor 260 may include one or more temperature sensors.
  • One or more temperature sensors may be disposed corresponding to the transmission hz day (230) of the power transfer unit 220 to measure the temperature of the transmission coil 223.
  • the control unit 240 may adaptively cut off the power supply from the power supply unit 100 or block the power supply to the amplifier 12 based on the temperature value measured by the temperature sensor 260.
  • a power cutoff circuit may be further provided at one side of the power conversion unit 210 to cut off power supplied to the power supply unit 100 or to cut off power supplied to the amplifier 212.
  • the control unit 240 may adjust the intensity of the power supplied to the power transfer unit 220 based on the temperature value measured by the temperature sensor 260.
  • the wireless power transmitter according to the embodiment can prevent the internal circuit from being damaged due to overheating.
  • the power transmitting unit 220 transmits the power signal output from the power converting unit 210 to the wireless power receiver.
  • the power transmitting unit 220 may include a driving unit 221, a selecting unit 222, and one or more transmitting coils 223.
  • the driving unit 221 may generate an AC power signal having an AC component having a specific frequency inserted into the DC power signal output from the power conversion unit 210 and transmit the generated AC power signal to the transmission coil 223.
  • the frequencies of the AC power signals transmitted to the plurality of transmission coils included in the transmission coil 223 may be the same or different from each other.
  • the selecting unit 222 may receive an AC power signal having a specific frequency from the driving unit 221 and may transmit the AC power signal to the transmitting coil selected from among the plurality of transmitting coils.
  • the coil selector 222 may control the AC power signal to be transmitted to the coil of the transmission coil selected by the controller 240 in response to the predetermined control signal of the controller 240.
  • the selection unit 222 may include a switch (not shown) for connecting LC resonance circuits corresponding to the plurality of transmission coils 223.
  • the selection unit 222 may be omitted from the power transmission unit 220 when the transmission coil 223 is configured as one transmission coil.
  • the transmitting coil 223 may include at least one transmitting coil and may transmit the AC power signal received from the selecting unit 222 to the receiver through the corresponding transmitting coil.
  • the transmission coil 223 may include first to n-th transmission coils.
  • the selection unit 222 may be implemented with a switch or a multiplexer.
  • the capacitor may have one end connected to the transmission coil 223 and the other end connected to the driving unit 221.
  • the control unit 240 may refer to a transmitting coil having a state capable of being coupled by an electromagnetic field to a receiving coil of a wireless power receiver that is qualified to receive electric power.
  • a transmission coil to be used for radio power transmission among a plurality of transmission coils provided based on a signal strength indicator received in response to a ping signal You can choose to.
  • the control unit 240 may control the selector 222 or the multiplexer so that the sense signal may be sequentially transmitted through the first through n'th transmit coils 223 during the first differential sense signal transmission procedure. At this time, the control unit 240 can identify the transmission time of the sensing signal using the timer 290. When the sensing signal transmission time arrives, the controller 240 controls the selector 222 or the multiplexer, It can be controlled to be transmitted. For example, the timer 290 may send a specific event signal to the control unit 240 at predetermined intervals during the ping transmission step. When the event signal is sensed, the control unit 240 controls the selector 222 or the multiplexer, So that the digital ping can be transmitted through the network.
  • the banjo unit 231 may modulate the control signal generated by the control unit 240 and transmit the modulated control signal to the driving unit 221.
  • the modulation scheme for modulating the control signal includes a frequency shift keying (FSK) modulation scheme, a Manchester coding modulation scheme, a phase shift keying (PSK) modulation scheme, a pulse width modulation scheme, A differential bi-phase modulation method, and the like.
  • the demodulation unit 232 can demodulate the detected signal when the signal received through the transmission coil is detected and transmit the demodulated signal to the control unit 240.
  • the demodulated signal may include a signal strength indicator, an EC (Error Correction) indicator for controlling during wireless power transmission, an end of charge indicator (EOC), an overvoltage / overcurrent / overheat indicator, And various status information for identifying the status of the wireless power receiver may be included.
  • the demodulation unit 232 may identify the signal from which the demodulated signal is received and may provide the control unit 240 with a predetermined transmission coil identifier corresponding to the identified transmission coil.
  • the wireless power transmitter 200 may acquire a signal strength indicator through in-band communication that communicates with a wireless power receiver using the same frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 200 can transmit wireless power using the transmission coil 223, and exchange various information with the wireless power receiver through the transmission coil 220.
  • the wireless power transmitter 200 may further include a separate coil corresponding to each of the transmission coils, and may perform in-band communication with the wireless power receiver using a separate coil.
  • the storage unit 270 stores the input current value of the wireless power transmitter according to the charging status of the wireless power receiver, the charging power intensity, the charging stoppage, the temperature of the wireless power transmitter for charging restart, Operation status, fan RPM, and the like.
  • the fan 280 may be rotated by the motor to cool the superheated wireless power transmitter 200.
  • the fan 280 may be arranged in correspondence with a configuration in which the degree of overheating is severe.
  • the fan 280 may be disposed corresponding to the power transmission unit 220. More specifically, the fan 280 may be disposed corresponding to the transmission coil 223 of the power transmission unit 220.
  • the controller 240 can operate the fan 280 according to the state of charge of the wireless power receiver.
  • the short-range communication unit 201 may perform short-range bidirectional communication through a frequency band different from the frequency band used for wireless power signal transmission.
  • the short-range bidirectional communication may be an NFC (Near Field Communication) method.
  • NFC is one of Radio Frequency Identification (RFID) technologies and is a wireless communication technology that uses various frequencies of 13.56MGz to transmit various wireless data within a distance of 10cm.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • the wireless communication coil 202 may transmit and receive signals for use in short-distance bidirectional communication with a wireless power receiver.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of the wireless charging apparatus according to the present embodiment.
  • the wireless charging apparatus may include a wireless charging coil module 610.
  • the wireless charging coil module 610 may include one or more wireless charging coils.
  • the one or more wireless charging coils may be one or more transmitting coils of the power transmitter or one or more receiving coils of the wireless power receiver. Also, for example, when there are a plurality of wireless charging coils, each wireless charging coil may be wound with the same number of turns. But the present invention is not limited to this, and may be wound in different numbers of turns.
  • the plurality of wireless charging coils may have the same inductance. The present invention is not limited thereto, and different inductances may be provided.
  • the plurality of wireless charging coils may also be arranged in one or more layers. More specifically, the plurality of wireless charging coils may include first to third wireless charging coils 611 to 613.
  • the second wireless charging coil 612 and the third wireless charging coil 613 may be disposed in the first layer so as to be disposed in the same layer.
  • the first wireless charging coil 611 may be disposed on the second layer so as to be disposed above the second wireless charging coil 612 and the third wireless charging coil 613.
  • the one or more wireless charging coils may include first and second connection portions through which AC signals are input or output.
  • the first and second connections may be wires or cables coated with a coating.
  • the first wireless charging coil 611 may include a 1-1 charging coil connecting portion 621 and a 1-2 charging coil connecting portion 622.
  • the 1-1 charging coil connection part 621 may extend from a coil line disposed inside the first wireless charging coil 611.
  • the first charging coil connection portion 622 may extend from the coil line to be disposed outside the first charging coil 611.
  • the second wireless charging coil 612 may include a 2-1 charging coil connection 623 and a 2-2 charging coil connection 624.
  • the second-first charging coil connection part 623 may extend from a coil line disposed inside the second wireless charging coil 612.
  • the second-second charging coil connection portion 624 may extend from the coil line to be disposed outside the second wireless charging coil 612.
  • the third wireless charging coil 613 may include a third-first charging coil connection 625 and a third-second charging coil connection 626.
  • the third-first charging coil connection portion 625 may extend from the coil line so as to be disposed inside the third wireless charging coil 613.
  • the third-second charging coil connection portion 626 may extend from a coil line disposed outside the third wireless charging coil 613.
  • the wireless charging apparatus may include the shielding material 700.
  • the shielding material 700 may be disposed at or below the wireless charging coil module.
  • the shielding material 700 may be disposed below or below the second wireless charging coil 312 and the third wireless charging coil 313.
  • An adhesive or an adhesive member (not shown) is disposed between the upper surface of the shielding material 700 and the lower surface of the second wireless charging coil 612 and the lower surface of the third wireless charging coil 613, The charging coils 612 and 613 can be fixed.
  • the shielding member 700 can guide the wireless power generated in the wireless charging coil module disposed at the upper portion in the charging direction and protect various circuits disposed at the lower portion from the electromagnetic field.
  • the shielding material 700 may include first through third heat dissipating holes (or function holes) 711, 712, and 713.
  • the shielding member 700 may transmit the heat generated from the wireless charging coil module through the first to third heat dissipating holes 711, 712, and 713 to the lower portion to help cool the wireless charging coil module.
  • the first to third heat dissipating holes 711, 712 and 713 are formed in the same region as the temperature sensors (thermistors) 310 and 510 disposed on the substrate 300 or the heat dissipating member 500, So that the temperature of the charging coil module can be accurately measured by the temperature sensor.
  • the wireless charging apparatus may include the substrate 300.
  • the substrate 300 may support the wireless charging coil module 610 and the shielding material 700.
  • the substrate 300 may also be rigid.
  • the rigid substrate 300 may be larger than the areas of the wireless communication coil 410 and the shielding material 700 disposed on the upper surface.
  • the substrate 300 may include terminal portions on one surface thereof.
  • the terminal portion may include a plurality of connection patterns, a plurality of inner pads, a plurality of outer pads, and a plurality of via holes.
  • a plurality of outer pads may be formed in a region outside the upper surface of the substrate 300.
  • the outer pads OP may each be connected with a coil pattern extending from the transmission coil.
  • a coil pattern extending from the wireless communication coil may be connected according to this embodiment.
  • each of the outer pads OP includes a hole and can be electrically connected by the holes.
  • the substrate 300 may include first to third temperature sensors 310 (311, 312, 313).
  • the first to third temperature sensors 310 (311, 312, 313) may measure the temperature of the wireless charging coil module.
  • the substrate 300 may include a heat dissipation hole 320.
  • the heat dissipation holes 320 may be formed on a part of the substrate 300 or on the entire surface. The heat dissipating holes 320 may help to cool the heat generated in the wireless charging coil module.
  • the wireless charging apparatus may include a wireless communication coil 410.
  • the wireless communication coil 410 may be disposed on the upper surface of the substrate 300. Or a part of the wireless communication coil 410 may be disposed on the upper surface of the substrate 300 and a part of the wireless communication coil 410 may be disposed on the lower surface of the substrate 300.
  • the wireless communication coil 410 is disposed on the upper surface of the substrate 300.
  • FIG. 3 the wireless communication coil 410 is disposed on the upper surface of the substrate 300.
  • the wireless communication coil 410 may be arranged in a shape that extends from the outer periphery of the substrate to the center region and turns a plurality of times.
  • the wireless communication coil 410 may be a wireless communication coil pattern pattern-printed on the substrate 500.
  • the wireless communication coil pattern 410 may be integrally formed by connecting a plurality of coil patterns. More specifically, the wireless communication coil pattern 410 may include first through fifth coil patterns 411 through 415. The first to fifth coil patterns 411 to 415 may be sequentially connected to each other. The first and second coil patterns 411 and 412 may be disposed outside the substrate 300. The third coil pattern, the fourth coil pattern, and the fifth coil pattern 413, 414, 415 may be disposed inside the substrate 300.
  • the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414 extend from the first coil pattern 411 and the fifth coil pattern 415 extends from the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414.
  • the wireless charging apparatus may include a heat dissipation unit 500 on the upper surface of the substrate 300.
  • the heat dissipation unit 500 may be disposed on the lower surface of the shield 700.
  • the heat generated by the wireless charging coil module 610 may be directly transmitted through the shield 700 or through the first to third heat dissipation holes 711, 712, and 713 of the shield 700. [ Once delivered, heat can be released to the outside.
  • the heat dissipation unit 500 may include first to third temperature sensors 510 (511, 512, and 513).
  • the first to third temperature sensors 510 (511, 512 and 513) may measure the temperature of the wireless charging coil module.
  • the heat dissipation unit 500 may include a plurality of heat dissipation holes 520.
  • the heat dissipating hole may transmit heat generated from the wireless charging coil module to the outside to help cool the wireless charging coil module.
  • the heat dissipation holes 520 of the heat dissipation unit 500 may correspond to the positions, shape, and size of the heat dissipation holes 320 of the substrate 300 and the heat dissipation holes 710 of the shield material 700.
  • FIG. 4 is a top view of the wireless charging apparatus according to the present embodiment
  • FIG. 5 is a top plan view and a bottom plan view of the wireless charging apparatus according to the present embodiment.
  • the wireless communication coil 410 of the wireless charging device is formed into a wireless communication coil pattern, and the wireless communication coil pattern is connected to the outer periphery and the center region of the substrate, Can be arranged in a turning shape.
  • the substrate 300 of the wireless charging device may include a plurality of connection pins.
  • the upper surface 300A of the substrate 300 includes a pin hole corresponding to a plurality of connection pins and a connection pin is formed on the lower surface 300B of the substrate 300 corresponding to the pin hole Ph .
  • the plurality of connection pins may be electrically connected to the plurality of outer pads. Accordingly, the wireless communication coil and the connection pin connected to the plurality of outer pads can be electrically connected.
  • connection pins can be connected to an external device to output or receive signals.
  • the pin holes corresponding to the connection pins are disposed on the outer side of the substrate 300, and the first to sixth pinholes are arranged in order from the second coil pattern 412 to the fifth coil pattern 412, OP2, and OP3 connecting the first coil pattern 415 and the first coil pattern 411.
  • the wireless communication coil pattern 410 may be disposed on the upper surface 300A of the substrate 300.
  • the wireless communication coil pattern 410 may include first to fifth coil patterns 411 to 415.
  • the first to fifth coil patterns 411 to 415 may be sequentially connected to each other. That is, the first to fifth coil patterns 411 to 415 may be integrally formed by being connected to each other.
  • the first coil pattern 411 and the second coil pattern 412 according to the present embodiment are arranged in the outer region of the substrate and the third to fifth coil patterns 413 to 415 can be arranged in the central region of the substrate have.
  • the third to fifth coil patterns 413 to 415 may be disposed in a superposition with the shielding material 700 disposed under the wireless charging coil module.
  • the third to fifth coils 413 to 415 may be disposed adjacent to or overlapped with the first wireless charging coil 611 included in the wireless charging coil module 610.
  • the first coil pattern 411 may have one end connected to the first via hole h1 and the other end connected to the fourth coil pattern 414.
  • the first coil pattern 411 may be connected to the second outer pad OP2 disposed on the lower surface 300B of the substrate 300 through the first via hole h1.
  • the second outer pad OP2 may be connected to a plurality of pinholes Ph.
  • the pinhole Ph may correspond to a connection pin disposed on the lower surface 300B of the substrate 300.
  • the first coil pattern 411 may be connected to one end of the fourth coil pattern 414 by one turn in the counterclockwise direction at the first via hole h1.
  • the first coil pattern 411 may be connected to the fourth coil pattern 414, the fifth coil pattern 415 and the third coil pattern 413 to the second coil pattern 412.
  • the second coil pattern 412 may have one end connected to the third coil pattern 413 and the other end connected to the second via hole h2.
  • the second coil pattern 412 may be connected to the first outer pad OP3 disposed on the lower surface 300B of the substrate 300 through the second via hole h2.
  • the first outer pad OP1 may be connected to a plurality of pinholes Ph.
  • the pinhole Ph may correspond to the connection pin disposed on the lower surface 300B of the substrate 300.
  • the second coil pattern 412 is extended in the clockwise direction by one turn so that the other end of the third coil pattern 413
  • the second coil pattern 412 is connected to the third via hole h3, the fourth via hole h4 and the connection pattern 416 of the lower surface of the substrate at a portion overlapping with the first coil pattern 411 .
  • the fourth coil pattern 414 may be formed by extending one end of the fourth coil pattern 414 to the center region of the substrate 300 in a clockwise direction connected to the other end of the first coil pattern 411. Specifically, the fourth coil pattern 414 may be arranged to be changed in direction from the first coil pattern 411 to the central region of the substrate 300. The fourth coil pattern 414 may extend clockwise and the other end may be connected to the third coil pattern 413 and the fifth coil pattern 415.
  • the third coil pattern 413 may be connected at one end to the fourth coil pattern 414 and at the other end to the end of the second coil pattern 412.
  • the third coil pattern 413 may be connected to the fourth coil pattern 414 and extend clockwise. That is, the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414 may be arranged in a shape corresponding to the outside of the first wireless charging coil 611 disposed in the center region of the substrate. That is, the third coil pattern 413 is arranged so as to surround one side of the first wireless charging coil 611, and the fourth coil pattern 414 is arranged in a form to surround the other side of the first wireless charging coil 611 .
  • the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414 may be formed to have different lengths. That is, the length of the third coil pattern 413 may be shorter than the length of the fourth coil pattern 414.
  • the fifth coil pattern 415 may be branched from the other side of the fourth coil pattern 414 and one side of the third coil pattern 413. At this time, the fifth coil pattern 415 may be connected to the fourth coil pattern 414 and the third coil pattern 413.
  • the fifth coil pattern 415 may be branched from the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414 and disposed across the central region of the substrate. That is, the coil pattern 415 may be disposed across the central area of the first wireless charging coil 611. [ At this time, the fifth coil pattern 415 is not overlapped with the heat dissipating hole 711 and the temperature sensor 321, and a portion where the heat dissipating hole 711 and the temperature sensor 321 are disposed has a bending portion . And the other end of the fifth coil pattern 415 may be connected to the third outer pad OP3. That is, the fifth coil pattern 415 may be connected to the third and fourth coil patterns 413 and 414 on one side and the third outside pad OP3 on the other side of the substrate 300.
  • the third outer pad OP3 may be formed as a ground terminal.
  • the first outer pad OP1, the second outer pad OP2, and the third outer pad OP3 may be deflected to one side of the substrate as shown in FIG. 5 (a). That is, the first to third outer pads OP1 to OP3 may be connected to the second coil pattern 412, the first coil pattern 411, and the fifth coil pattern 415, respectively. The first to third outer pads OP1 to OP3 may be disposed to be deflected toward one side of the substrate 300 in consideration of the respective lengths of the first to fifth coil patterns 415. [
  • first outer pad OP1, the second outer pad OP2, and the connection pattern 416 may be disposed on the lower surface 300B of the substrate 300 as illustrated in FIG. 5B.
  • the first outer pad OP1 connected to the second coil pattern 412 extending from the upper surface 300A of the substrate 300 through the first via hole h1 is connected to the lower surface 300B of the substrate 300 .
  • a second outer pad OP2 to which the first coil pattern 411 extending from the upper surface 300A of the substrate 300 is connected via the second via hole h2 may be disposed.
  • a connection pattern 416 for connecting the second coil pattern so as not to overlap the first coil pattern 411 may be disposed on the lower side opposite to the upper side of the lower surface 300B of the substrate 300 on which the external pads are disposed .
  • the second coil pattern 412 disposed on the upper surface 300A of the substrate 300 extends to the lower surface 300B of the substrate 300 through the third via hole h3 and the fourth via hole h4.
  • the connection pattern 416 connects the third via hole h3 and the fourth via hole h4 so that the first coil pattern 411 and the second coil pattern 412 can be connected without overlapping.
  • the wireless charging device including the wireless communication coil according to the present embodiment includes a plurality of coil patterns formed integrally with the wireless communication coil, and a part of the coil patterns of the plurality of coil patterns are formed on the outer periphery of the substrate And a part of the coil pattern is arranged in the central region of the substrate.
  • the coil pattern disposed in the central region of the substrate may be arranged to overlap with the shielding material disposed under the wireless charging coil module and correspondingly disposed outside of the wireless charging coil to increase the extension length of the wireless communication coil .
  • the inductance and resistance characteristics of the wireless communication coil can be improved due to an increase in the wireless communication coil pattern compared to the wireless communication coil pattern arranged by turning the outer region of the conventional substrate twice.
  • the conventional wireless communication coil pattern formed by two turns has an inductance of 0.78uH and a resistance of 0.52 ⁇ .
  • the inductance characteristic increases to 1.42uH and the resistance characteristic decreases to 0.33 ⁇ . That is, the wireless charging device to which the present embodiment is applied can have an arrangement structure and a length that can improve the characteristics of the wireless communication coil without hindering the characteristics of the wireless charging coil.
  • FIG. 6 is a side perspective view of a wireless charging device according to one embodiment.
  • a wireless communication device may include a wireless communication coil on a top surface 300A of a substrate 300, as shown in FIGS.
  • a wireless communication coil 410 may be disposed on the upper surface 300A of the substrate 300, in which a first coil pattern to a fifth coil pattern 415 are connected to form a single body.
  • the first coil pattern 411 and the second coil pattern 412 may be disposed in the outer region of the substrate 300 that is not overlapped with the wireless charging coils 611, 612, and 613 and the shielding material 700.
  • the third through fifth coil patterns 413 through 415 may be disposed under the wireless charging coils 611, 612, and 613 and the shielding material 700. That is, the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414 may be disposed below the shielding material 700 corresponding to the outer area of the first wireless charging coil 611.
  • the fifth coil pattern 415 may be disposed below the shielding material 700 so as to pass through the center region of the first wireless charging coil 611.
  • the shielding material 700 may include an adhesive or an adhesive member (not shown) for fixing the substrate 300 to the substrate 300.
  • the adhesive or the adhesive member may be disposed between the third to fifth coil patterns 413 to 415 below the car body 700.
  • the first to fifth coil patterns 411 to 415 are connected to the upper surface 300A of the substrate 300, and a wireless communication coil is integrally formed,
  • the fifth coil patterns 413 to 415 may be disposed in the central region of the substrate 300.
  • the third to fifth coil patterns 413 to 415 are arranged so as to overlap with the shielding material 700.
  • the third and fourth coil patterns 413 and 414 may be disposed so as to surround one side and the other side of the first wireless charging coil 611, respectively.
  • the conventional wireless communication coils are arranged in a predetermined width such that the shading area of the wireless charging does not occur, while extending the length of the wireless communication coil, So that the characteristics of the wireless communication coil can be improved.
  • FIG. 7 is a side perspective view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • a wireless communication coil may be disposed on the upper surface 300A and the lower surface 300B of the substrate 300.
  • the first coil pattern 411 and the second coil pattern 413 are connected to the upper surface 300A of the substrate 300 and the third coil pattern to the fifth coil pattern 413 to 415 are connected to the substrate 300, The lower surface 300B of the housing 300B. At this time, the first coil pattern 411 and the second coil pattern 412 may be electrically connected to the third coil pattern to the fifth coil pattern 415 through a via hole (not shown).
  • the first coil pattern 411 and the second coil pattern 412 are formed on the upper surface 300A of the substrate 300, and the wireless charging coils 611, 612, and 613 and the substrate 300). ≪ / RTI >
  • the third coil pattern 413 to the fifth coil pattern 415 may be disposed on the lower surface 300B of the substrate 300 so as to overlap with the wireless induction coils 611, 612, 613 and the shielding material 700 . That is, the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 9414 may be disposed corresponding to the outer region of the first wireless charging coil 611. Further, the fifth coil pattern 415 may be arranged to pass through the central region of the first wireless charging coil 611. [
  • the first and second coil patterns 411 and 412 are disposed on the upper surface 300A of the substrate 300, and the third to fifth coil patterns 411 and 412 are formed on the lower surface 300B of the substrate 300 413 to 415 are disposed so as to overlap with the shielding material 700.
  • the third coil pattern 413 and the fourth coil pattern 414 may be disposed so as to surround one side and the other side of the first wireless charging coil 611, respectively.
  • the conventional wireless communication coils are arranged in a predetermined width such that the shaded areas of the wireless charging do not occur, while extending the length of the wireless communication coil, So that the characteristics of the wireless communication coil can be improved.

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Abstract

본 실시 예는 무선통신코일을 구비하는 무선충전장치에 관한 것이다. 본 실시 예에 따른 무선충전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 무선 통신 코일; 상기 기판 상에 배치되고, 상기 무선 통신 코일의 일부와 중첩되게 배치되는 차폐재; 및 상기 기판 및 차폐재 상에 배치되는 무선 충전 코일 모듈을 포함하고, 상기 무선 통신 코일은 제1 내지 제5 코일 패턴을 포함하고, 상기 제1 코일 패턴 및 제2 코일 패턴은 상기 차폐재와 이격되어 배치되고, 상기 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴은 상기 차폐재와 중첩되어 배치된다.

Description

무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치
본 실시 예는 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.
또한, 휴대용 단말은 이동 통신 및 정보처리 기술의 발전으로 인하여 화상 통화뿐만 아니라, 컨텐츠 서비스와 같은 다양 한 무선 인터넷 서비스를 제공한다. 이러한 휴대용 단말은 전술한 서비스를 제공하고자 NFC(Near Field Communication) 기술을 적용하고 있다. NFC 기술은 13.56MHz의 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선 통신으로서, 10cm 이내의 가까운 거리에 있는 단말기들 사이에서 쌍방향으로 데이터를 전송하는 통신 기술을 의미한다.
아울러, 최근의 휴대용 단말은 사용자 편의성을 증대시키기 위하여 전술한 NFC 기능을 무선 통신 코일에 무선 충전 기능을 가진 무선 충전 코일을 동시에 제공하는 형태로 무선충전장치의 설계 기술이 발전하고 있다.
본 실시 예는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 실시 예의 목적은 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 제공하는 것이다.
본 실시 예는 무선 통신과 무선 충전이 가능한 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 제공하는 것이다.
본 실시 예는 소형화된 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 제공하는 것이다.
본 실시 예는 무선 통신 효율이 우수한 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 제공하는 것이다.
본 실시 예는 무선 통신 코일의 인덕턴스 및 저항 특성을 향상 시킬 수 있는 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 제공하는 것이다.
본 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제들을 해결하기 위하여 본 실시 예에 따른 무선충전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 무선 통신 코일; 상기 기판 상에 배치되고, 상기 무선 통신 코일의 일부와 중첩되게 배치되는 차폐재; 및 상기 기판 및 차폐재 상에 배치되는 무선 충전 코일 모듈을 포함하고, 상기 무선 통신 코일은 제1 내지 제5 코일 패턴을 포함하고, 상기 제1 코일 패턴 및 제2 코일 패턴은 상기 차폐재와 이격되어 배치되고, 상기 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴은 상기 차폐재와 중첩되어 배치된다.
무선 충전 코일 모듈은 제1 내지 제3 무선 충전 코일을 포함하고, 상기 제3 및 제4 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일의 외곽 영역에 배치되고, 상기 제5 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일과 중첩되어 배치될 수 있다.
제3 코일 패턴과 상기 제4 코일 패턴은 상기 제5 코일 패턴의 일측으로부터 분기되고, 상기 제3 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일의 일측 외곽영역에 대응되게 배치되고, 상기 제4 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일의 타측 외곽영역에 대응되게 배치될 수 있다.
단자부는 상기 제1 코일 패턴을 연결하는 제1 단자부; 상기 제2 코일 패턴을 연결하는 제2 단자부; 및 상기 제5 코일 패턴을 연결하는 제3 단자부;를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 단자부는 상기 기판의 일측에 배치될 수 있다.
제1 단자부와 상기 제2 단자부는 기판의 하면에 배치되고, 상기 제1 코일 패턴과 상기 제2 코일 패턴은 비아홀을 통하여 상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부에 연결될 수 있다.
제1 내지 제3 온도센서를 더 포함하고, 상기 제1 온도 센서는 상기 제1 무선 충전 코일 내측에 대응하여 배치되고, 상기 제2 온도 센서는 상기 제2 무선 충전 코일 내측에 대응하여 배치되고, 상기 제3 온도 센서는 상기 제3 무선 충전 코일 내측에 대응하여 배치될 수 있다.
제5 코일 패턴은 상기 제1 온도 센서와 중첩되지 않는 밴딩부를 포함할 수 있다.
차페재에는 상기 제1 내지 제3 온도센서에 대응하는 제1 내지 제3 방열홀을 포함할 수 있다.
기판과 상기 차폐재 사이에 배치되는 방열부재를 더 포함할 수 있다.
제1 코일 패턴과 상기 제2 코일 패턴은 상기 기판의 상면에 배치되고, 상기 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴은 상기 기판의 하면에 배치될 수 있다.
본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선 충전장치에 대한 효과는 다음과 같다.
본 실시 예에 따르면 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 구현할 수 있다.
또한 본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치는 무선 통신과 무선 충전이 가능하다.
또한 본 실시 예에 따르면 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치의 소형화를 구현할 수 있다.
또한 본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치는 무선 통신 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치는 무선 통신 코일 및 무선 충전 코일 간 간섭을 최소화할 수 있다.
또한 본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치는 무선 통신 코일의 인덕턴스 및 저항 특성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에서 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시 예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 실시 예에 다른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 실시 예에 다른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 실시 예에 따른 무선충전장치의 분해사시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 무선충전장치의 상면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 무선충전장치의 상측 명면도 및 하측 평면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 무선충전장치의 측면 사시도이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 무선충전장치의 측면 사시도이다.
이하, 실시 예들이 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.
이상에서, 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 실시 예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시 예에 따른 무선충전장치는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스탠드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시 예에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선전력 송신단(10)과 무선전력 수신단(20)은 무선전력 전송에 사용되는 동작 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드 통신을 수행할 수 있다. 다른 일 예로, 무선전력 송신단(10)과 무선전력 수신단(20)은 무선전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외 통신을 수행할 수 있다.
일 예로, 무선전력 송신단(10)과 무선전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시 예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시 예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선전력 수신단(20)이 무선전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선전력 송신단(10)이 무선전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수 있다.
반이중 통신 방식은 무선전력 수신단(20)과 무선전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
실시 예에 따른 무선전력 수신단(20)은 전자기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로 전자기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어 활용 가능한 정보이면 족하다.
도 2는 실시 예에 따른 무선전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선전력 송신기(200)는 전력 변환부(210), 전력 전송부(220), 무선충전 통신부(230), 제어부(240), 전류센서(250), 온도센서(260), 저장부(270), 팬(280), 타이머(290), 근거리 통신부(201), 무선 통신 코일(202)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선전력 송신기(200)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성요소를 포함하여 구성될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 전원부(100)는 공급 전력을 제공할 수 있다. 전원부(100)는 무선전력 송신기(200)에 내장된 배터리에 해당될 수도 있고, 외부 전원일 수도 있다. 실시 예는 전원부(100)의 형태에 제한되지 않는다.
전력 변환부(201)는 전원부(100)로부터 전원이 공급되면 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해 전력 변환부(210)는 DC/DC변환부(211), 증폭기(212)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC변환부(211)는 전원부(100)로부터 공급된 DC전력을 제어부(240)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
증폭기(212)는 DC/DC변환된 전력의 세기를 제어부(240)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로 제어부(240)는 무선충전 통신부(203)를 통해 무선전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(2120)의 증폭률 정도를 조정할 수 있다. 일 예로 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전류 센서(250)는 구동부(210)에 입력되는 입력 전류를 측정할 수 있다. 전류센서(250)는 측정된 입력 전류값을 제어부(240)에 제공할 수 있다. 일 예로 제어부(240)는 전류센서(250)에 의해 측정된 입력 전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터 전원의 공급을 차단하거나 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.
온도센서(260)는 무선전력 송신기(200)의 내부 온도를 측정하고 측정 결과를 제어부(240)에 제공할 수 있다. 구체적으로 온도센서(260)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도센서는 전력 전송부(220)의 송신 hz일(@230)에 대응하여 배치하여 송신 코일(223)의 온도를 측정할 수 있다. 일예로 제어부(240)는 온도센서(260)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터 전원 공급을 차단하거나 증폭기(@12)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해 전력 변환부(210)의 일측에는 전원부(100)로브터 공급되는 전원을 차단하거나 증폭기(212)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단회로가 더 구비될 수 있다. 다른 예로 제어부(240)는 온도센서(260)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 전력 전송부(220)에 제공되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 이에 실시 예에 따른 무선전력 송신기는 과열로 인해 내부 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전력 전송부(220)는 전력 변환부(210)로부터 출력되는 전력 신호를 무선전력 수신기로 전송하는 역할을 한다. 이를 위해 전력 전송부(220)는 구동부(221), 선택부(222) 및 하나 이상의 송신 코일(223)을 포함할 수 있다.
구동부(221)는 전력 변환부(210)로부터 출력되는 DC전력 신호에 특정 주파수를 갖는 교류(AC)성분이 삽입된 AC전력 신호를 생성하여 송신 코일(223)로 전송할 수 있다. 이때 송신 코일(223)에 포함된 복수의 송신 코일에 전달되는 AC전력 신호의 주파수는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
선택부(222)는 특정 주파수를 갖는 AC전력 신호를 구동부(221)로부터 받아서, 복수의 송신 코일 중에서 선택된 송신 코일로 AC전력 신호를 전달할 수 있다. 여기서, 코일 선택부(222)는 제어부(240)의 소정 제어 신호에 다라 제어부(240)에 의해 선택된 송신 코일일로 AC전력 신호가 전달될 수 있도록 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 선택부(222)는 복수의 송신 코일(223)에 대응하여 LC공진회로를 연결하는 스위치(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 선택부(222)는 송신 코일(223)이 하나의 송신 코일로 구성될 경우 전력 전송부(220)에서 제외될 수 있다.
송신 코일(223)은 적어도 하나의 송신 코일을 포함할 수 있으며, 선택부(222)로부터 수신된 AC전력 신호를 해당 송신 코일을 통해 수신기로 송출할 수 있다. 송신 코일이 복수인 경우 송신 코일(223)은 제1 내지 제n송신 코일을 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 송신 코일 중에서 “해당하는 송신 코”"을 선택하기 위해, 선택부(222)는 스위치로 구현되거나 멀티플렉서로 구현될 수 있다. 또한 송신 코일(223)은 LC공진회로를 구현하기 위하여 복수의 송신 코일과 직렬로 연결되는 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 커패시터는 일단이 송신 코일(223)과 연결되고, 타단이 구동부(221)와 연결될 수 있다. 여기서 “해당하는 송신 코일”이란 무선으로 전력을 받을 수 있도록 자격이 부여된 무선전력 수신기의 수신 코일과 전자기장에 의해 결합될 수 있는 상태를 갖는 송신 코일을 의미할 수 잇다. 일 실시 예에 의하면 제어부(240)는 송신 코일 별 전송한 디지털 핑 신호에 대응하여 수신된 시그널 세기 지기자(Signal Strength Indicator)에 기반하여 구비된 복수의 송신 코일 중 무선전력 전송에 사용할 송신 코일을 동작으로 선택할 수 있다.
제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n송신 코일(223)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 선택부(222) 또는 다중화기를 제어할 수 있다. 이때 제어부(240)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(290)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면 선택부(222) 또는 다중화기를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로 타이머(290)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(240)에 송출할 수 있으며 제어부(240)는 해당 이벤트 신호가 감지되면 선택부(222) 또는 다중화기를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 잇도록 제어할 수 있다.
밴조부(231)는 제어부(240)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 구동부(221)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying)변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)방식, 차등 2단계(Differential bi-phase)변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(232)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면 감지된 신호를 복조하여 제어부(240)에 전송할 수 있다. 여기서 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한 복조부(232)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(240)에 제공할 수도 있다.
일 예로 무선전력 송신기(200)는 무선전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드 통신을 통해 신호 세기 지시자를 쵝득할 수 있다.
또한 무선전력 송신기(200)는 송신 코일(223)을 이용하여 무선전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(220)을 통해 무선전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로 무선전력 송신기(200)는 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 사용하여 무선전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있다.
저장부(270)는 무선전력 수신기의 충전 상태에 따른 무선전력 송신기의 입력 전류 값, 충전 전력 세기, 충전 중단 여부, 충전 재시작을 위한 무선전력 송신기의 온도, 충전 재시작을 위한 충전 중단 후 시간, 팬 동작 여부, 팬 RPM등을 저장할 수 있다.
팬(280)은 모터에 의해 회전하여 과열된 무선전력 송신기(200)를 냉각시킬 수 있다. 팬(280)은 과열 정도가 심한 구성에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어 팬(280)은 전력 전송부(220)에 대응하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 팬(280)은 전력 전송부(220)의 송신 코일(223)에 대응하여 배치될 수 있다. 제어부(240)는 무선전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬(280)을 동작 시킬 수 있다.
근거리 통신부(201)는 무선전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication)방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency Identification: RFID)기술 중의 하나로 13.56MGz의 주파수를 이용하여 10cm 내의 가까움 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선통신 기술이다.
무선통신 코일(202)은 무선전력 수신기와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신할 수 있다.
도 3은 본 실시 예에 따른 무선충전장치의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 무선충전장치는 무선 충전 코일 모듈(610)을 포함할 수 있다. 무선충전 코일 모듈(610)은 하나 이상의 무선충전 코일을 포함할 수 있다.
하나 이상의 무선충전 코일은 전력 송신기의 하나 이상의 송신 코일이거나 무선전력 수신기의 하나 이상의 수신 코일일 수 있다. 또한 예를 들어 무선충전 코일이 복수일 경우 각각의 무선충전 코일은 동일한 턴 수로 감겨 있을 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 서로 다른 턴수로 감겨 있을 수 있다. 또한 복수의 무선충전 코일은 동일한 인덕턴스를 구비할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 서로 다른 인덕턴스를 구비할 수 있다. 또한 복수의 무선 충전 코일은 하나 이상의 층으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 복수의 무선 충전 코일은 제1 무선 충전 코일 내지 제3 무선 충전 코일(611 내지 613)을 포함할 수 있다. 제2 무선 충전 코일(612)과 제3 무선 충전 코일(613)은 동일한 층에 배치되도록 제1 층에 배치될 수 있다. 제1 무선 충전 코일(611)은 제2 무선 충전 코일(612)과 제3 무선 충전 코일(613)의 상부에 배치되도록 제2 층에 배치될 수 있다. 따라서 복수의 무선 충전 코일을 서로 다른 층에 배치하여 무선 전력을 효율적으로 전달할 수 있도록 충전 영역을 확장 시킬 수 있다.
또한 하나 이상의 무선 충전 코일은 교류 신호가 입력 또는 출력되는 제1 및 제2 연결부를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연결부는 피복으로 코팅된 전선 또는 케이블일 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 코일이 복수인 경우 제1 무선 충전 코일(611)은 제1-1 충전 코일 연결부(621) 및 제1-2 충전 코일 연결부(622)를 포함할 수 있다. 제1-1 충전 코일 연결부(621)는 제1 무선 충전 코일(611) 내측에 배치된 코일선에서 연장될 수 있다. 제1-2 충전 코일 연결부(622)는 제1 무선 충전 코일(611)의 외측에 배치되도록 코일선에서 연장될 수 있다. 제2 무선 충전 코일(612)는 제2-1 충전 코일 연결부(623) 및 제2-2 충전 코일 연결부(624)를 포함할 수 있다. 제2-1 충전 코일 연결부(623)은 제2 무선 충전 코일(612)의 내측에 배치된 코일선에서 연장될 수 있다. 제2-2 충전 코일 연결부(624)는 제2 무선 충전 코일(612)의 외측에 배치되도록 코일선에서 연장될 수 있다. 제3 무선 충전 코일(613)은 제3-1 충전 코일 연결부(625) 및 제3-2 충전 코일 연결부(626)를 포함할 수 있다. 제3-1 충전 코일 연결부(625)는 제3 무선 충전 코일(613)의 내측에 배치되도록 코일선에서 연장될 수 있다. 제3-2 충전 코일 연결부(626)는 제3 무선 충전 코일(613)의 외측에 배치된 코일선에서 연장될 수 있다.
또한 실시 예에 따른 무선충전장치는 차폐재(700)를 포함할 수 있다. 차폐재(700)는 무선 충전 코일 모듈 하면 또는 그 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 무선 충전 코일이 복수일 경우 차폐재(700)는 제2 무선 충전 코일(312)와 제3 무선 충전 코일(313)의 하면 또는 그 아래에 배치 될 수 있다. 차폐재(700)의 상면과 제2 무선 충전 코일(612)과 제3 무선 충전 코일(613)의 하면 사이에는 접착제 또는 접착부재(미도시)가 배치되어 차폐재(700)와 제2 및 제3 무선 충전 코일(612, 613)이 고정될 수 있다.
차폐재(700)는 상부에 배치된 무선 충전 코일 모듈에서 발생된 무선 전력을 충전 방향으로 가이드할 수 있고, 하부에 배치되는 각종 회로들을 전자기장으로부터 보호할 수 있다. 또한 차폐재(700)는 제1 내지 제3 방열홀(또는 기능홀)(711, 712, 713)을 포함할 수 있다. 차폐재(700)는 제1 내지 제3 방열홀(711, 712, 713)을 통하여 무선 충전 코일 모듈에서 발생된 열을 하부로 전달하여 무선 충전 코일 모듈의 냉각을 도울 수 있다. 또한 상기 제1 내지 제3 방열홀(711, 712, 713)은 후술하는 기판(300) 또는 방열부재(500)에 배치되는 온도 센서(써미스터)(310, 510)와 동일한 영역에 형성되어, 무선 충전 코일 모듈의 온도를 온도 센서가 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
또한 실시 예에 따른 무선충전장치는 기판(300)을 포함할 수 있다. 기판(300)은 무선 충전 코일 모듈(610)과 차폐재(700)를 지지할 수 있다. 또한 기판(300)은 리지드할 수 있다. 리지드한 기판(300)은 상면에 배치되는 무선 통신 코일(410) 및 차폐재(700)의 면적보다 클 수 있다. 또한 기판(300)은 일면에 단자부를 포함할 수 있다. 단자부는 복수의 연결패턴, 복수의 내측패드, 복수의 외측 패드, 복수의 비아홀을 포함할 수 있다.
기판(300)의 상면 외곽 일 영역에는 복수의 외측패드(OP: Outer Pad)를 포함할 수 있다. 외측 패드(OP)들은 각각 송신 코일로부터 연장되는 코일 패턴이 연결될 수 있다. 또한 본 실시 예에 따라 무선 통신 코일로부터 연장되는 코일 패턴이 연결될 수 있다. 또한, 각 외측 패드(OP)들에는 홀을 포함하고, 상기 홀들에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 기판(300)은 제1 내지 제3 온도센서(310:311,312,313)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 온도센서(310:311,312,313)은 무선 충전 코일 모듈의 온도를 측정할 수 있다. 또한 기판(300)에는 방열홀(320)을 포함할 수 있다. 상기 방열홀(320)은 기판(300)의 일부에 형성되거나 전면에 형성될 수 있다. 상기 방열홀(320)은 무선 충전 코일 모듈에서 발생된 열의 냉각을 도울 수 있다.
또한 실시 예에 따른 무선충전장치는 무선 통신 코일(410)을 포함할 수 있다. 무선 통신 코일(410)은 기판(300)의 상면에 배치될 수 있다. 또는 무선 통신 코일(410)의 일부는 기판(300)의 상면에 배치되고 일부는 기판(300)의 하면에 배치될 수 있다.
도 3에서는 무선 통신 코일(410)이 기판(300)의 상면에 배치되는 것으로 설명한다.
본 실시 예에 따른 무선 통신 코일(410)은 기판의 외곽으로부터 중심 영역으로 연장하여 복수번 턴하는 형상으로 배치될 수 있다.
구체적으로 무선 통신 코일(410)은 기판(500)에 패턴 인쇄되어 배치된 무선 통신 코일 패턴일 수 있다.
무선 통신 코일 패턴(410)은 복수의 코일 패턴이 연결되어 일체로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 통신 코일 패턴(410)은 제1 내지 제5 코일 패턴(411 내지 415)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제5 코일 패턴(411 내지 415)는 서로 순차적으로 연결될 수 있다. 또한 제1 및 제2 코일 패턴(411, 412)은 기판(300)의 외측에 배치될 수 있다. 또한 제3 코일 패턴, 제4 코일 패턴 및 제5 코일 패턴(413,414,415)은 기판(300)의 내측에 배치될 수 있다.
또한 제3 코일 패턴(413) 및 제4 코일 패턴(414)는 제1 코일 패턴(411)으로부터 연장되고, 상기 제5 코일 패턴(415)는 상기 제3 코일 패턴(413) 및 제4 코일 패턴(414)으로부터 연장될 수 있다. 이하 상기 무선 통신 코일의 배치 구조에 대해서는 이하 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에 따른 무선충전장치는 기판(300)의 상면에 방열부(500)를 포함할 수 있다. 상기 방열부(500)는 차폐재(700)의 하면에 배치될 수 있다. 상기 방열부(500)는 무선 충전 코일 모듈(610)에서 발생되는 열을 상기 차폐재(700)를 통해 직접 전달되거나 차폐재(700)의 제1 내지 제3 방열 홀(711, 712, 713)을 통해 전달되면 외부로 열을 방출 시킬 수 있다. 방열부(500)는 제1 내지 제3 온도센서(510:511,512,513)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 온도센서(510:511,512,513)은 무선 충전 코일 모듈의 온도를 측정할 수 있다. 방열부(500)는 복수의 방열홀(520)을 포함할 수 있다. 상기 방열홀은 무선 충전 코일 모듈에서 발생하는 열을 외부로 전달하여 무선 충전 코일 모듈의 냉각을 도울 수 있다. 상기 방열부(500)의 방열홀(520)은 기판(300)의 방열홀(320) 및 차폐재(700)의 방열홀(710)의 위치, 모양, 크기와 대응될 수 있다.
이하 도 4에서는 본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비하는 무선충전장치의 배치 특성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 실시 예에 따른 무선충전장치의 상면도이고, 도 5는 본 실시 예에 따른 무선충전장치의 상측 평면도 및 하측 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 무선충전장치의 무선 통신 코일(410)은 무선 통신 코일 패턴으로 형성되고 상기 무선 통신 코일 패턴이 기판의 외곽 및 중심 영역으로 서로 연결되어 복수 번 턴 하는 형상으로 배치될 수 있다. 이때 무선충전장치의 기판(300)에는 복수의 연결핀을 포함할 수 있다. 기판(300)의 상면(300A)에는 복수의 연결핀에 대응하는 핀홀(Ph: Pin hole)을 포함하고 상기 핀홀(Ph)에 대응하게 기판(300)의 하면(300B)에는 연결핀을 포함할 수 있다. 상기 복수의 연결핀은 복수의 외측 패드와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 복수의 외측 패드에 연결되는 무선 통신 코일과 연결핀은 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 연결핀은 외부의 장치와 연결하여 신호를 출력하거나 입력 받을 수 있다. 본 실시 예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 연결핀에 대응하는 핀 홀이 기판(300)의 외측에 배치되고, 제1 내지 제6 핀홀은 순서대로 제2 코일 패턴(412), 제5 코일 패턴(415) 및 제1 코일 패턴(411)을 연결하는 외측 패드(OP1, OP2, OP3)와 연결될 수 있다.
기판(300)의 상면(300A)에는 무선 통신 코일 패턴(410)이 배치될 수 있다.
본 실시 예에 따른 무선 통신 코일 패턴(410)은 제1 내지 제5 코일 패턴(411 내지 415)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제5 코일 패턴(411 내지 415)은 서로 순차적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 내지 제5 코일 패턴(411 내지 415)는 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있다.
본 실시 예에 따른 제1 코일 패턴(411)과 제2 코일 패턴(412)은 기판의 외곽 영역에 배치되고, 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)은 기판의 중심 영역에 배치될 수 있다.
특히 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)는 무선 충전 코일 모듈의 하부에 배치되는 차폐재(700)와 중첩되어 배치될 수 있다. 구체적으로 제3 내지 제5 코일(413 내지 415)는 무선 충전 코일 모듈(610)에 포함되는 제1 무선 충전 코일(611)에 인접하거나 중첩되어 배치될 수 있다.
실시 예에 따른 제1 코일 패턴(411)은 일단이 제1 비아홀(h1)과 연결되고, 타단이 제4 코일 패턴(414)과 연결될 수 있다. 제1 코일 패턴(411)은 제1 비아홀(h1)을 통하여 기판(300)의 하면(300B)에 배치되는 제2 외측 패드(OP2)와 연결될 수 있다. 상기 제2 외측 패드(OP2)는 복수의 핀홀(Ph)과 연결될 수 있다. 핀홀(Ph)은 기판(300)의 하면(300B)에 배치되는 연결핀에 대응될 수 있다. 제1 코일 패턴(411)은 제1 비아홀(h1)에서 반시계 방향으로 1회 턴 연장되어 제4 코일 패턴(414)의 일단과 연결될 수 있다. 이때 제 1 코일 패턴(411)은 제4 코일 패턴(414), 제5 코일 패턴(415) 및 제3 코일 패턴(413)과 연결되어 제2 코일 패턴(412)까지 연결될 수 있다.
실시 예에 따른 제2 코일 패턴(412)은 일단이 제3 코일 패턴(413)과 연결되고, 타단이 제2 비아홀(h2)과 연결될 수 있다. 제2 코일 패턴(412)은 제2 비아홀(h2)을 통하여 기판(300)의 하면(300B)에 배치되는 제1 외측 패드(OP3)와 연결될 수 있다. 상기 제1 외측 패드(OP1)는 복수의 핀홀(Ph)과 연결될 수 있다. 핀홀(Ph)은 기판(300)의 하면(300B에 배치되는 연결핀에 대응될 수 있다. 제2 코일 패턴(412)은 시계 방향으로 1회 턴 연장되어 제3 코일 패턴(413)의 타단과 연결될 수 있다. 제2 코일 패턴(412)는 제1 코일 패턴(411)과 겹쳐지는 부분에서 제3 비아홀(h3), 제4 비아홀(h4) 및 기판의 하면의 연결 패턴(416)에 의하여 연결될 수 있다.
실시 예에 따른 제4 코일 패턴(414)은 일단이 제1 코일 패턴(411)의 타단과 연결되어 시계방향으로 기판(300)의 중심 영역으로 연장되어 형성될 수 있다. 구체적으로 제4 코일 패턴(414)은 제1 코일 패턴(411)에서 기판(300)의 중심 영역으로 방향이 변경되어 배치될 수 있다. 제4 코일 패턴(414)는 시계 방향으로 연장되어 타단이 제3 코일 패턴(413) 및 제5 코일 패턴(415)과 연결될 수 있다.
실시 예에 따른 제3 코일 패턴(413)은 일단이 제4 코일 패턴(414)과 연결되고 타단은 제2 코일 패턴(412)의 일단과 연결될 수 있다. 제3 코일 패턴(413)은 제4 코일 패턴(414)과 연결되어 시계방향으로 연장될 수 있다. 즉, 제3 코일 패턴(413)과 제4 코일 패턴(414)은 기판의 중심 영역에 배치되는 제1 무선 충전 코일(611)의 외측과 대응되는 형상으로 배치될 수 있다. 즉, 제3 코일 패턴(413)은 제1 무선 충전 코일(611)의 일측을 감싸는 형태로 배치되고, 제4 코일 패턴(414)은 제1 무선 충전 코일(611)의 타측을 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
한편, 제3 코일 패턴(413)과 제4 코일 패턴(414)은 그 길이가 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 제3 코일 패턴(413)의 길이는 제4 코일 패턴(414)의 길이 보다 짧게 배치될 수 있다.
제5 코일 패턴(415)은 제4 코일 패턴(414)의 타측과 상기 제3 코일 패턴(413)의 일측으로부터 분기되어 배치될 수 있다. 이때 제5 코일 패턴(415)은 제4 코일 패턴(414) 및 제3 코일 패턴(413)과 연결되어 형성될 수 있다.
구체적으로 제5 코일 패턴(415)은 제3 코일 패턴(413)과 제4 코일 패턴(414)으로부터 분기되어 기판의 중심 영역을 가로질러 배치될 수 있다. 즉, 제 코일 패턴(415)은 제1 무선 충전 코일(611)의 중심 영역을 가로질러 배치될 수 있다. 이때 제5 코일 패턴(415)은 방열홀(711) 및 온도센서(321)와 중첩되어 배치되지 않으며, 방열홀(711) 및 온도 센서(321)가 배치되는 부분에는 일부가 밴딩되는 밴딩부를 가지도록 배치될 수 있다. 제5 코일 패턴(415)은 타측이 제3 외측 패드(OP3)과 연결될 수 있다. 즉, 제5 코일 패턴(415)은 일측이 제3 및 제4 코일 패턴(413, 414)과 연결되고, 타측이 기판(300)에 배치되는 제3 외측 패드(OP3)와 연결될 수 있다. 상기 제3 외측 패드(OP3)는 그라운드 단자로 형성될 수 있다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 외측 패드(OP1), 제2 외측 패드(OP2) 및 제3 외측 패드(OP3)은 기판의 일측으로 편향되어 배치될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 외측 패드(OP1 내지 OP3)은 각각 제2 코일 패턴(412), 제1 코일 패턴(411) 및 제5 코일 패턴(415)이 연결될 수 있다. 이때 제1 내지 제3 외측 패드(OP1 내지 OP3)은 제1 내지 제5 코일 패턴(415)의 각 길이를 고려하여 기판(300)의 일측으로 편향되게 배치될 수 있다.
한편, 도5의 (b) 예시도와 같이 기판(300)의 하면(300B)에는 제1 외측 패드(OP1) 제2 외측 패드(OP2) 및 연결 패턴(416)이 배치될 수 있다. 구체적으로 기판(300)의 하면(300B)에는 제1 비아홀(h1)을 통하여 기판(300)의 상면(300A)으로부터 연장되는 제2 코일 패턴(412)이 연결되는 제1 외측 패드(OP1)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 비아홀(h2)을 통하여 기판(300)의 상면(300A)으로부터 연장되는 제1 코일 패턴(411)이 연결되는 제2 외측 패드(OP2)가 배치될 수 있다.
또한 상기 외측 패드들이 배치되는 기판(300)의 하면(300B) 상측과 대향되는 하측에는 제2 코일 패턴이 제1 코일 패턴(411)과 중첩되지 않도록 연결하는 연결 패턴(416)이 배치될 수 있다. 상기 기판(300)의 상면(300A)에 배치되는 제2 코일 패턴(412)이 제3 비아홀(h3) 제4 비아홀(h4)을 통하여 기판(300)의 하면(300B)으로 연장된다. 이때, 연결 패턴(416)은 상기 제3 비아홀(h3)과 제4 비아홀(h4)을 연결하여 제1 코일 패턴(411)과 제2 코일 패턴(412)이 겹쳐지지 않고 연결할 수 있다.
상기와 같이 본 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치는 무선 통신 코일을 일체로 형성되는 복수의 코일 패턴으로 형성하고, 상기 복수의 코일 패턴 중 일부의 코일패턴은 기판의 외곽에 형성되고, 일부의 코일 패턴은 기판의 중심 영역에 배치되도록 한다. 특히, 기판의 중심 영역에 배치되는 코일 패턴은 무선 충전 코일 모듈의 아래에 배치되는 차폐재와 중첩되도록 배치하고 일부 무선 충전 코일의 외측에 대응하게 배치되도록 하여 무선 통신 코일의 연장 길이를 증가시킬 수 있다.
이러한 경우 종래의 기판의 외측 영역을 2회 턴하여 배치되는 무선 통신 코일 패턴에 비하여 무선 통신 코일 패턴의 증가로 인해 상기 무선 통신 코일의 인덕턴스 및 저항 특성이 개선될 수 있다. 일 예로, 종래의 2회 턴으로 형성되는 무선 통신 코일 패턴은 인덕턴스 특성이 0.78uH, 저항 특성이 0.52Ω으로 나타났다. 그러나 본 실시 예가 적용된 무선충전장치에서 무선 통신 코일 패턴의 특성을 확인한 결과 인덕턴스 특성은 1.42uH로 증가하고, 저항 특성은 0.33Ω으로 감소하여 나타났다. 즉, 본 실시 예가 적용되는 무선충전장치는 무선 충전 코일의 특성을 저해하지 않으면서도 무선 통신 코일의 특성을 개선할 수 있는 배치 구조 및 길이를 가지도록 할 수 있다.
이하 도 6 및 도 7에서는 다양한 실시 예에 따른 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치를 상세하게 설명한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 무선충전장치의 측면 사시도이다.
도 6을 참조하면 일 실시 예에 따른 무선충전장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 기판(300)의 상면(300A)에 무선 통신 코일이 배치될 수 있다.
구체적으로 기판(300)의 상면(300A)에는 제1 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴(415)이 연결되어 일체로 형성되는 무선 통신 코일(410)이 배치될 수 있다. 상기 제1 코일 패턴(411)과 제2 코일 패턴(412)은 무선 충전 코일들(611,612,613) 및 차폐재(700)와 중첩되지 않는 기판(300)의 외곽 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)은 무선 충전 코일들(611, 612, 613) 및 차폐재(700)의 하부에 배치될 수 있다. 즉, 제3 코일 패턴(413)과 제4 코일 패턴(414)은 제1 무선 충전 코일(611)의 외곽 영역에 대응하게 차폐재(700)의 하부에 배치될 수 있다. 또한 제5 코일 패턴(415)은 제1 무선 충전 코일(611)의 중심 영역을 지나가도록 차폐재(700)의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 본 실시 예에서는 차폐재(700)는 기판(300)에 고정시키기 위하여 접착제 또는 접착 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 접착제 또는 접착 부재는 차페재(700)의 하부에 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)들 사이에 배치될 수 있다.
즉, 일 실시 예에서는 기판(300)의 상면(300A)에 제1 내지 제5 코일 패턴(411 내지 415)이 연결되어 일체로 형성되는 무선 통신 코일이 배치되고, 상기 무선 통신 코일 중 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)은 기판(300)의 중심 영역에 배치될 수 있다. 특히 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)은 차폐재(700)와 중첩되도록 배치되고. 이중 제3 및 제4 코일 패턴(413, 414)는 제1 무선 충전 코일(611)의 일측과 타측을 각각 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있다.
이로써, 일 실시 예에서는 종래의 무선 통신 코일이 기판의 외곽 영역만을 2회 턴하는 형식으로 배치되는 것과 비교하여 무선 통신 코일의 길이를 연장하면서도 무선 충전의 음영지역이 발생하지 않는 소정의 폭으로 배치되도록 함으로써, 무선 통신 코일의 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 7에서는 다른 실시 예에 따른 무선 통신 코일의 배치를 설명한다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 무선충전장치의 측면 사시도이다.
도 7을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 무선충전장치는 기판(300)의 상면(300A) 및 하면(300B)에 무선 통신 코일이 배치될 수 있다.
기판(300)의 상면(300A)에는 제1 코일 패턴(411) 및 제2 코일 패턴(413)이 연결되어 배치되고, 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)는 기판(300)의 하면(300B)에 배치될 수 있다. 이때, 제1 코일 패턴(411) 및 제2 코일 패턴(412)은 비아홀(미도시)을 통하여 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴(415)과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로 제1 코일 패턴(411) 및 제2 코일 패턴(412)은 기판(300)의 상면(300A)에서 무선 충전 코일들(611, 612, 613) 및 차폐재(700)와 중첩되지 않는 기판(300)의 외곽 영역에 배치될 수 있다. 한편 제3 코일 패턴(413) 내지 제5 코일 패턴(415)은 기판(300)의 하면(300B)에서 무선 추전 코일들(611, 612, 613) 및 차폐재(700)와 중첩되어 배치될 수 있다. 즉, 제3 코일 패턴(413)과 제4 코일 패턴9414)은 제1 무선 충전 코일(611)의 외곽 영역에 대응하게 배치될 수 있다. 또한 제5 코일 패턴(415)은 제1 무선 충전 코일(611)의 중심 영역을 지나가도록 배치될 수 있다.
즉, 다른 실시 에에서는 기판(300)의 상면(300A)에 제1 및 제2 코일 패턴(411, 412)이 배치되고, 기판(300)의 하면(300B)에는 제3 내지 제5 코일 패턴(413 내지 415)이 차폐재(700)와 중첩되도록 배치된다. 특히 제3 코일 패턴(413) 및 제4 코일 패턴(414)은 제1 무선 충전 코일(611)의 일측과 타측을 각각 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있다.
이로써, 다른 실시 예에서는 종래의 무선 통신 코일이 기판의 외곽 영역만을 2회 턴하는 형상으로 배치되는 것과 비교하여 무선 통신 코일의 길이를 연장하면서도 무선 충전의 음영지역이 발생하지 않는 소정의 폭으로 배치되도록 함으로써, 무선 통신 코일의 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 무선 통신 코일;
    상기 기판의 상면 및 하면에 배치되고, 비아홀을 통해 상기 무선 통신 코일과 전기적으로 연결되는 단자부;
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 무선 통신 코일의 일부와 중첩되게 배치되는 차폐재; 및
    상기 기판 및 상기 차폐재 상에 배치되는 무선 충전 코일 모듈;을 포함하고,
    상기 무선 통신 코일은 제1 내지 제5 코일 패턴을 포함하고,
    상기 제1 코일 패턴 및 제2 코일 패턴은 상기 차폐재와 이격되어 배치되고,
    상기 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴은 상기 차폐재와 중첩되어 배치되는 무선충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 충전 코일 모듈은
    제1 내지 제3 무선 충전 코일을 포함하고,
    상기 제3 및 제4 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일의 외곽 영역에 배치되고,
    상기 제5 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일과 중첩되어 배치되는 무선충전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 코일 패턴과 상기 제4 코일 패턴은 상기 제5 코일 패턴의 일측으로부터 분기되고,
    상기 제3 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일의 일측 외곽영역에 대응되게 배치되고,
    상기 제4 코일 패턴은 상기 제1 무선 충전 코일의 타측 외곽영역에 대응되게 배치되는 무선충전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단자부는
    상기 제1 코일 패턴을 연결하는 제1 단자부;
    상기 제2 코일 패턴을 연결하는 제2 단자부; 및
    상기 제5 코일 패턴을 연결하는 제3 단자부;를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 단자부는 상기 기판의 일측에 배치되는 무선충전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 단자부와 상기 제2 단자부는 기판의 하면에 배치되고,
    상기 제1 코일 패턴과 상기 제2 코일 패턴은 비아홀을 통하여 상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부에 연결되는 무선충전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 내지 제3 온도센서를 더 포함하고,
    상기 제1 온도 센서는 상기 제1 무선 충전 코일 내측에 대응하여 배치되고,
    상기 제2 온도 센서는 상기 제2 무선 충전 코일 내측에 대응하여 배치되고,
    상기 제3 온도 센서는 상기 제3 무선 충전 코일 내측에 대응하여 배치되는 무선충전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제5 코일 패턴은 상기 제1 온도 센서와 중첩되지 않는 밴딩부를 포함하는 무선충전장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 차페재에는 상기 제1 내지 제3 온도센서에 대응하는 제1 내지 제3 방열홀을 포함하는 무선충전장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 차폐재 사이에 배치되는 방열부재를 더 포함하는 무선충전장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴과 상기 제2 코일 패턴은 상기 기판의 상면에 배치되고,
    상기 제3 코일 패턴 내지 제5 코일 패턴은 상기 기판의 하면에 배치되는 무선충전장치.
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