KR101404013B1 - 무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템 - Google Patents

무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

모바일 단말기에 무선전력 송수신기를 내장하고, 전원에 연결된 하나의 모바일 단말기의 무선전력 송수신기를 통하여 다른 모바일 단말기를 충전할 수 있다. 본 발명에 따른 모바일 단말기는, 자기공진 방식으로 무선전력을 송수신하는 무선전력 송수신기; 및 배터리를 포함하며, 상기 무선전력 송수신기는, 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 상기 무선전력 송수신기와 다른 무선전력 송수신기 간의 공진 주파수 대역을 갖는 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부; 상기 다른 무선전력 송수신기로부터의 전력 수신을 관리하는 전력 관리부; 상기 전력 변환부 및 상기 전력 관리부와 연결되어 있으며, 무선전력을 송수신하는 안테나; 및 상기 전력 변환부와 상기 전력 관리부를 포함하는 상기 무선전력 송수신기의 구성요소들을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 배터리는 상기 전력 관리부와 연결되어 상기 다른 무선전력 송수신기로부터 수신된 무선전력을 이용하여 충전될 수 있다.

Description

무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템{Mobile apparatus including wireless power transmission apparatus and wireless charging system}
본 발명은 무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 자기장을 이용한 무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
무선 통신의 데이터 전송 속도가 빨라지고, 디지털 기기들이 소형화 되어감에 따라서 사람들은 사용 용도에 따라서 다양한 모바일 단말기들을 소지하고 다니고 있다. 그에 따라 모바일 단말기의 에너지 관리 및 휴대성에 대한 관심도 많아지고 있다. 모바일 단말기의 배터리 성능은 한계가 있기 때문에 저전력 부품들이 많이 사용되고, 휴대성을 위해서 가벼운 소재가 이용되고 있다. 하지만 저전력 구조로 만들어져도 모바일 단말기의 사용 습관에 따라 에너지 소모 여부가 사람마다 다르기 때문에, 모바일 단말기를 자주 사용하는 사람들은 항상 전원 케이블을 소지하고 다닌다. 또한 업체마다 충전 단자 규격이 다르기 때문에 외부에 있으면서 충전을 할 수 있는 전원 케이블이 없을 때에는 모바일 단말기를 충전할 수 있는 방법을 쉽게 찾기 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 전원 케이블이 없어도 모바일 단말기를 충전할 수 있도록 하는 무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 모바일 단말기에 무선전력 송수신기를 내장하고, 전원에 연결된 하나의 모바일 단말기의 무선전력 송수신기를 통하여 다른 모바일 단말기를 충전할 수 있도록 한다.
본 발명의 일면에 따른 모바일 단말기는, 자기공진 방식으로 무선전력을 송수신하는 무선전력 송수신기; 및 배터리를 포함하며, 상기 무선전력 송수신기는, 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 상기 무선전력 송수신기와 다른 무선전력 송수신기 간의 공진 주파수 대역을 갖는 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부; 상기 다른 무선전력 송수신기로부터의 전력 수신을 관리하는 전력 관리부; 상기 전력 변환부 및 상기 전력 관리부와 연결되어 있으며, 무선전력을 송수신하는 안테나; 및 상기 전력 변환부와 상기 전력 관리부를 포함하는 상기 무선전력 송수신기의 구성요소들을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 배터리는 상기 전력 관리부와 연결되어 상기 다른 무선전력 송수신기로부터 수신된 무선전력을 이용하여 충전될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 무선전력 송수신기는 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 상기 다른 무선전력 송수신기와의 자기장 통신을 수행하는 자기장 통신 모뎀을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 안테나는 상기 자기장 통신 모뎀으로부터의 데이터를 더 송신할 수 있다.
상기 안테나는 상기 모바일 단말기의 케이스에 삽입될 수 있으며, 상기 안테나의 일측면에 부착되며, 상기 모바일 단말기로부터의 전파 간섭의 영향을 차단하는 차폐재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 관리부는 상기 모바일 단말기의 내부 보드에 올인원(all-in-one)으로 삽입될 수 있다.
본 발명의 다른 면에 따른 무선 충전 시스템은, 자기공진 방식으로 무선전력을 송수신하는 무선전력 송수신기; 및 배터리를 포함하는 두 개 이상의 모바일 단말기로 이루어진 무선 충전 시스템으로서, 상기 무선전력 송수신기는, 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 상기 무선전력 송수신기와 다른 무선전력 송수신기 간의 공진 주파수 대역을 갖는 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부; 상기 다른 무선전력 송수신기로부터의 전력 수신을 관리하는 전력 관리부; 상기 전력 변환부 및 상기 전력 관리부와 연결되어 있으며, 무선전력을 송수신하는 안테나; 및 상기 전력 변환부와 상기 전력 관리부를 포함하는 상기 무선전력 송수신기의 구성요소들을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 두 개 이상의 모바일 단말기 중 하나의 모바일 단말기(제1 모바일 단말기)는 외부 전원에 연결되며, 상기 제1 모바일 단말기는 자기공진 방식으로 무선 전력을 전송하고, 상기 두 개 이상의 모바일 단말기 중 제1 모바일 단말기를 제외한 나머지 모바일 단말기 중 적어도 하나는 상기 제1 모바일 단말기가 전송하는 무선 전력을 수신하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 모바일 단말기에 자기공진 방식의 무선전력 송수신기를 내장하여 모바일 단말기 상호간에 에너지를 공유할 수 있다.
이에 따라, 다양한 모바일 단말기의 충전 케이블을 각각 휴대하지 않더라도, 전원이 연결된 하나의 모바일 단말기를 통하여 한 번에 여러 모바일 기기를 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선전력 공급장치와 무선 충전기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송수신기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식에 기반을 둔 모바일 단말기들 사이의 무선 충전 시스템을 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모바일 단말기의 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송수신기 및 이를 이용한 무선 충전 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템은 자기공진 방식을 통해 무선으로 전력을 공급하는 무선전력 공급장치(100)와, 무선전력 공급장치(100)와 소정의 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며 무선전력 공급장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받는 다수의 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)를 포함하여 구성된다.
자기공진 방식은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 공진에 의하여 에너지의 무선 전송 효율을 극대화시키는 방법이다. 이를 위하여 무선전력 공급장치(100)와 무선 충전기기(200) 사이의 공진 주파수를 맞추어 공진 채널을 형성하고 이를 통하여 무선 전력을 송신한다.
무선전력 공급장치(100)는 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)와 자기장 통신을 통해 충전기기의 식별정보, 종류, 위치, 또는 충전상태를 포함하는 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)의 정보를 수신할 수 있으며, 이와 같은 충전 정보를 바탕으로 무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)로 전력을 전송할 수 있다.
무선전력 공급장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 구현될 수 있으며, 고정형으로 구현될 경우 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구 등에 설치될 수 있고, 실외에서는 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치될 수 있으며, 무선전력 공급장치(100)가 차량이나 기차, 지하철과 같은 이동체의 내부에 설치될 수도 있다. 무선전력 공급장치(100)가 이동형으로 구현되는 경우에는, 무선전력 공급장치(100) 자체가 별도의 이동형 장치로 구현될 수도 있고, 랩탑 컴퓨터 등의 이동형 장치에 포함되도록 하는 등과 같이 다른 디지털 기기의 일부로서 구현될 수도 있다.
무선 충전기기(200_1, 200_2, .., 200_N)는 각종 모바일 단말기, 디지털 카메라 등 배터리를 구비하는 모든 디지털 기기를 포함할 수 있으며, 지중, 수중, 건물 내부 등 접근이 용이하지 않은 곳에 배치되는 센서 및 계측기 등의 전자기기가 될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선전력 공급장치와 무선 충전기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선전력 공급장치(100)는, 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 무선전력 공급장치(100)와 무선 충전기기(200) 간의 공진 주파수 대역을 갖는 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부(120), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 무선 충전기기(200)와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(130), 전력 변환부(140)로부터의 AC 전력과 자기장 통신 모뎀(120)으로부터의 데이터를 자기공진 방식을 이용하여 무선 충전기기(200)로 송신하는 송신 안테나(110), 전력 변환부(140) 및 자기장 통신 모뎀(120)을 비롯한 무선전력 공급장치(100)의 구성요소들을 제어하는 제어부(130)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 충전기기, 즉 무선충전 수신기(200)는, 무선전력 공급장치(100)로부터 자기공진 방식을 이용하여 전력과 데이터를 수신하는 수신 안테나(210), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 무선전력 공급장치(100)와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(230), 전력 수신을 관리하는 전력 관리부(220), 전력 관리부 및 자기장 통신 모뎀(230)을 비롯한 무선 충전기기(200)의 구성요소들을 제어하는 제어부(240), 수신된 전력을 이용하여 충전되는 배터리(250)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템에서는 무선전력 공급장치(100)와 무선 충전기기(200)가 자기장 통신 모뎀(130, 230)을 이용한 자기장 통신을 이용하여 효율적인 무선 충전을 달성한다.
도 1 및 도 2를 참고로 설명한 본 발명의 실시예에서는 무선전력 공급장치가 자기장 모뎀을 이용한 자기장 통신 방법으로 무선 충전기기와 통신하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 무선전력 공급장치와 무선 충전기기가 반드시 자기장 통신 방법을 이용하여 서로 통신하여야 하는 것은 아니다. 특히, 무선전력 공급장치와 무선 충전기기가 다른 통신방식을 지원하는 경우, 해당 통신방식을 이용하여 무선 충전 과정을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 상술한 실시예에서와 같은 무선전력 공급장치와 무선충전 수신기를 하나의 기기에 포함시켜 무선충전 송수신기를 구성한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송수신기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송수신기(300)는 외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 적절한 공진 주파수 대역을 갖는 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부(330), 전력 수신을 관리하는 전력 관리부(340), 수신된 전력을 이용하여 충전되는 배터리(360), 자기장 통신 프로토콜을 이용하여 다른 무선전력 송수신기와의 자기장 통신을 수행하도록 하는 자기장 통신 모뎀(320), 무선전력과 자기장 통신 데이터를 송수신하는 안테나(310), 전력 변환부(330), 전력 관리부(340) 및 자기장 통신 모뎀(320)을 비롯한 무선전력 송수신기(300)의 구성요소들을 제어하는 제어부(350)를 포함한다.
도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송수신기에서도 역시 자기장 통신 모뎀을 필수적인 구성요소로 하는 것은 아니며, 다른 통신방식을 이용하여 다른 무선전력 송수신기와 통신하여 무선 충전 과정을 제어할 수 있음은 물론이다.
도 3의 무선전력 송수신기(300)를 모바일 단말기에 삽입하여 모바일 단말기 상호 간에 무선 충전을 하는 무선 충전 시스템을 구성할 수 있다.
이때, 송수신 안테나(310)는 모바일 단말기의 케이스 부분에 삽입할 수 있으며, 모바일 단말기의 금속과 맞닿는 면에 전파 간섭의 영향을 차단하기 위한 차폐재를 설치할 수 있다. 또한, 제어부(350)나 전력 변환부(330), 전력 관리부(340)와 같은 무선전력 송수신기(300)의 다른 구성요소들은 모바일 단말기의 내부 보드에 올인원(all-in-one)으로 삽입할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진 방식에 기반을 둔 모바일 단말기들 사이의 무선 충전 시스템을 나타낸 그림이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 무선전력 송수신기(412, 422)가 내장된 모바일 단말기(410, 420)에서, 두 단말기(410, 420) 중 어느 한쪽은 송신기가 되고, 다른 한쪽은 수신기가 되어 에너지를 무선으로 전달할 수 있다.
이와 같이 모바일 단말기에 무선전력 송수신기를 내장하는 경우, 전원이 연결된 하나의 모바일 단말기가 송신기가 되어 다른 하나 또는 여러 대의 모바일 단말기들을 충전하는 무선 충전 시스템을 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모바일 단말기의 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 전원(530)에 연결된 하나의 모바일 단말기(510)에 내장된 무선전력 송수신기(512)가 무선전력 공급장치가 되어, 모바일 단말기(510) 주변에 위치하는 다수의 다른 모바일 단말기(520_1, 520_2, 520_3)를 충전할 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 무선전력 공급장치 200: 무선 충전기기
110: 송신 안테나 120, 330: 전력 변환부
130, 230, 320: 자기장 통신모뎀 140, 240, 350: 제어부
210: 수신 안테나 220, 340: 전력 관리부
250, 360: 부하 310: 송수신 안테나
300, 412, 422, 512: 무선전력 송수신기 530: 외부 전원
410, 420, 510, 520_1, 520_2, 520_3: 모바일 단말기

Claims (6)

  1. 자기공진 방식으로 무선전력을 송수신하는 무선전력 송수신기; 및 배터리를 포함하는 다수의 모바일 단말기로 이루어진 무선 충전 시스템으로서,
    상기 무선전력 송수신기는,
    외부의 전력 공급원으로부터 전력을 공급받아 상기 무선전력 송수신기와 다른 무선전력 송수신기 간의 공진 주파수 대역을 갖는 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 다른 무선전력 송수신기로부터의 전력 수신을 관리하는 전력 관리부;
    상기 전력 변환부 및 상기 전력 관리부와 연결되어 있으며, 무선전력을 송수신하는 안테나; 및
    상기 전력 변환부와 상기 전력 관리부를 포함하는 상기 무선전력 송수신기의 구성요소들을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 다수의 모바일 단말기 중 하나의 모바일 단말기(제1 모바일 단말기)는 외부 전원에 연결되며,
    상기 제1 모바일 단말기는 자기공진 방식으로 무선 전력을 전송하고,
    상기 다수의 모바일 단말기 중 제1 모바일 단말기를 제외한 나머지 모바일 단말기는 상기 제1 모바일 단말기가 전송하는 무선 전력을 수신하는 무선 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선전력 송수신기는,
    자기장 통신 프로토콜을 이용하여 상기 다른 무선전력 송수신기와의 자기장 통신을 수행하는 자기장 통신 모뎀을 더 포함하며,
    상기 안테나는 상기 자기장 통신 모뎀으로부터의 데이터를 더 송신하는
    것인 무선 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 모바일 단말기의 케이스에 삽입되는 것인 무선 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모바일 단말기는,
    상기 안테나의 일측면에 부착되며, 상기 모바일 단말기로부터의 전파 간섭의 영향을 차단하는 차폐재를 더 포함하는 것인 무선 충전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부, 상기 전력 변환부 및 상기 전력 관리부는 상기 모바일 단말기의 내부 보드에 올인원(all-in-one)으로 삽입되는 것인 무선 충전 시스템.
  6. 삭제
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