KR102380177B1

KR102380177B1 - 휴대용 전자 장치를 위한 무선 충전 장치

Info

Publication number: KR102380177B1
Application number: KR1020150023470A
Authority: KR
Inventors: 이정엽; 하도혁; 금준식; 이영주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2022-03-29
Also published as: US20160241077A1; US10418838B2; KR20160100685A

Abstract

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치를 수용하기 위한 캐비티(cavity)가 형성되는 투명 유전체와, 상기 투명 유전체의 내벽 또는 외벽을 따라 배치되어 내부의 충전용 주파수가 외부로 방사되는 것을 방지하기 위한 투명 전도체 및 상기 투명 전도체 중에 배치되어 상기 전자 장치의 통신용 주파수만을 선택적으로 투과시키거나, 상기 충전용 주파수만을 선택적으로 불투과시키는 적어도 하나의 주파수 필터링 영역을 포함하는 무선 충전 장치를 제공하여, 전자 장치의 충전중에도 외부에서 전자 장치의 상태 정보를 육안으로 확인할 수 있으며, 외부와의 통신이 가능하여 장치의 사용 편의성이 향상될 수 있다.

Description

휴대용 전자 장치를 위한 무선 충전 장치{WIRELESS POWER CHARGING APPARATUS FOR PORTABLE ELECTRONIC DEVICE}

본 발명의 다양한 실시예는 무선 충전 장치에 관한 것으로서, 특히 휴대용 전자 장치(portable electronic device)를 위한 무선 충전 장치에 관한 것이다.

휴대용 전자 장치(예: 스마트 폰, 웨어러블 전자 장치 등)의 발전에 힘입어 이를 위한 주변 기술 역시 비약적으로 발전하게 되었다. 특히 휴대용 전자 장치는 전원 공급 수단으로 사용되는 배터리 팩을 주기적으로 충전을 시켜야 하는 바, 기존에는 유선 케이블(예: 충전 케이블 또는 TA 등)을 이용하여 전자 장치의 인터페이스 컨넥터 포트에 직접 접속시켜 충전시켜왔다. 그러나 이러한 유선 충전 방식은 충전용 케이블을 전자 장치에 매번 접속시켜야하는 번거로움이 수반되므로, 최근에는 충전용 케이블이 요구되지 않는 무선 충전 장치를 선호하는 추세이며, 이러한 추세에 부응하여 장치 제조사들 역시 충전 효율이 우수한 무선 충전 장치의 개발에 경주하고 있다.

일반적으로, 웨어러블 장치와 같은 소형 휴대용 전자 장치를 충전시키기 위하여 캐비티(cavity)(충전을 위한 전자 장치 수용 공간)를 포함하는 박스 형태의 무선 충전 장치가 제공되고 있다. 이러한 무선 충전 장치는 캐비티의 내면에 배치되며, 충전용 주파수가 외부로 방출되지 않는 공진 공간을 구성하기 위한 전도체를 포함할 수 있다. 따라서, 그 내부에 위치되는 전력 송신 안테나로부터 방출되는 전력은 전자 장치의 전력 수신 안테나를 통해 전자 장치의 배터리를 효율적으로 충전시키게 된다.

그러나, 이와 같이 캐비티의 내면에 도전체가 배치되는 구성을 갖는 무선 충전 장치는 충전 중에는 사방이 도전체로 밀폐된 구성을 가져야하기 때문에 전자 장치의 상태 정보를 확인할 수 없는 문제점이 발생하게 되었다. 더욱이, 통신용 전자 장치의 충전 중에는 도전체에 의해 밀폐되기 때문에 통신 동작을 수행할 수 없었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 휴대용 전자 장치를 위한 무선 충전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 충전중인 전자 장치의 상태 정보를 장치의 외부에서도 확인할 수 있도록 시인성이 확보될 수 있는 휴대용 전자 장치를 위한 무선 충전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 밀폐된 무선 충전 장치의 내부에서 충전중일 경우라도 장치의 외부와 통신이 가능하여 장치의 사용 편의성을 향상시킨 휴대용 전자 장치를 위한 무선 충전 장치를 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전자 장치를 수용하기 위한 캐비티(cavity)가 형성되는 투명 유전체와, 상기 투명 유전체의 내벽 또는 외벽을 따라 배치되어 내부의 충전용 주파수가 외부로 방사되는 것을 방지하기 위한 투명 전도체 및 상기 투명 전도체 중에 배치되어 상기 전자 장치의 통신용 주파수만을 선택적으로 투과시키거나, 상기 충전용 주파수만을 선택적으로 불투과시키는 적어도 하나의 주파수 필터링 영역을 포함하는 무선 충전 장치를 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 저면과 상기 저면의 테두리를 따라 일정 높이를 가지며, 전자 장치를 수용하기 위한 캐비티(cavity)가 형성되는 측면 및 상기 측면의 상부에서 개폐 가능하도록 설치되어 상기 전자 장치의 충전시 상기 캐비티를 밀폐 공간으로 형성하는 커버를 포함하고, 상기 측면은 상기 측면의 외관을 형성하는 투명 유전체와, 상기 투명 유전체의 내벽 또는 외벽을 따라 배치되어 내부의 충전용 주파수가 외부로 방사되는 것을 방지하기 위한 투명 전도체 및 상기 투명 전도체 중에 배치되어 상기 전자 장치의 통신용 주파수만을 선택적으로 투과시키거나, 상기 충전용 주파수만을 선택적으로 불투과시키는 적어도 하나의 주파수 필터링 영역을 포함하는 무선 충전 장치를 제공할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치의 충전중에도 외부에서 전자 장치의 상태 정보를 육안으로 확인할 수 있으며, 외부와의 통신이 가능하여 장치의 사용 편의성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치에 적용되는 투명 전도체의 구성을 도시한 요부 구성도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 투명 전도체의 금속 메쉬(metal mesh)의 설계에 따른 충전 효율을 비교한 그래프이다.
도 4d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 캐비티 형상 및 크기의 변경에 따른 충전 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 밴드 스탑(band stop) 특성을 나타내는 무선 충전 장치의 FSS(Frequency Selective Surface)를 나타낸 도면이다.
도 5e 및 도 5f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 5a 내지 5d의 밴드 스탑 특성에 따른 등가회로도 및 S21 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 밴드 패스(band pass) 특성을 나타내는 무선 충전 장치의 FSS(Frequency Selective Surface)를 나타낸 도면이다.
도 6c 및 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 6a 및 6b의 밴드 패스 특성에 따른 등가회로도 및 S21 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신용 리피터(repeater)를 포함하는 무선 충전 장치의 구성도이다.
도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 7a의 통신용 리피터의 동작에 따른 주파수 특성을 도시한 S21 그래프이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성 요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성 요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용된 "제1," "제2", "첫 째", "둘 째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성 요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성 요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성 요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동전화기(mobile phone), 화상전화기, 전자북리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블장치(wearable device)(예: 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자의복, 전자팔찌, 전자목걸이, 전자앱세서리(appcessory), 전자문신, 또는 스마트 와치(smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 갖춘 스마트 가전 제품(smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전 제품은, 예를 들자면, 전자 장치는 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), TV 박스(예를 들면, 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(game consoles), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 전자장치는 각종 의료기기(예: MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용전자장비(예: 선박용항법장치 및 자이로콤파스 등), 항공전자기기(avionics), 보안기기, 차량용헤드유닛, 산업용 또는 가정용 로봇, 금융기관의 ATM(automatic teller's machine) 또는 상점의 POS(point of sales) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 포함한 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 싸인 입력장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 플렉서블(flexible) 장치일 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치 100의 사시도이다.

도 1을 참고하면, 무선 충전 장치 100은 전자 장치 200의 수용 공간인 캐비티(cavity) 1105를 형성하기 위한 바디 110과, 바디 110의 하측에 배치되는 저면 120 및 바디 110의 상측에 배치되는 커버 130을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 바디 110은 무선 충전 장치 100의 높이를 갖는 측면을 형성하는 것으로써, 제1, 2, 3, 4측면 1101, 1102, 1103, 1104가 연장되거나 결합되는 방식으로 설치되어 장방형의 바디 110을 형성할 수 있다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 바디 110은 원형, 타원형 등 전자 장치 200을 용이한 캐비티를 갖는 각종 기하학적인 형상으로 형성될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 저면 120은 바디 110의 하측에서 바디 110의 캐비티 1105를 밀폐시키는 방식으로 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 바디 110의 상부에 배치되는 커버 130은 바디 110에서 개폐 가능하도록 설치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 커버 130은 바디 110에서 힌지 등의 결합 부재에 의해 개폐 가능하도록 설치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 100은 바디 110, 저면 120 및 커버 130에 의해 충전 동작시 완전히 밀폐된 공간을 형성할 수 있으며, 상호 접지되도록 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 커버 130은 바디 110에서 분리 가능하게 설치될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 100의 바디 110은 투명 재질로 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 100의 바디 110 중 적어도 일부 영역이 투명 재질로 형성될 수도 있다. 한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 100의 바디 110 중 도시된 A 영역 또는 B 영역은 충전을 목적으로 캐비티 1105에 전자 장치 100이 배치되었을 경우, 전자 장치 100이 외부와 통신할 수 있는 통신용 주파수 통과 영역으로 기여될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 미도시되었으나, 캐비티 1105의 적소에는 적어도 하나의 충전 전력 송신 안테나 방사체가 배치될 수 있으며, 전자 장치 200 역시 충전 전력 송신 안테나로부터 송신된 전력 주파수를 수신하기 위한 충전 전력 수신 안테나 방사체를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 100은 대체적으로 투명 재질로 형성됨으로써 외부에서 캐비티 1105내에 충전중인 전자 장치 200의 상태 정보를 확인할 수 있다. 예컨대, 전자 장치 100의 디스플레이를 통한 통신 상태, 메시지 수신 알림, 호 수신 알림 등을 확인할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 100은 충전을 위하여 캐비티 1105에 적용되는 전자 장치 200의 통신용 주파수는 통과되고, 충전용 주파수는 외부로 방사되지 못하도록 필터링되기 때문에 전자 장치의 사용 및 충전을 효율적으로 도모할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치 100의 요부 단면도이다.

도 2를 참고하면, 바디 110은 두 개의 구조체가 적층되는 방식으로 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 바디 110은 투명 유전체 111 및 투명 유전체 111의 내면을 둘러싸는 방식으로 배치되는 투명 전도체 112를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 투명 유전체 111 및 투명 전도체 112는 그 배치가 바뀌어도 무방한다.

한 실시예에 따르면, 투명 유전체 111은 비 전도성 재질로 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 투명 유전체 111은 투명 재질의 PC(예: 투명 아크릴), 유리 등 다양한 재질을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 투명 전도체 112는 필름 타입으로 투명 유전체 111의 내면 또는 외면에 부착되는 방식으로 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 투명 전도체 112는 투명 유전체 111의 내벽 또는 외벽에 투명 재질의 양면 테이프에 의해 부착될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 투명 전도체 112는 투명 폴리이미드 재질의 부재에 일정 간격으로 교차 배치되는 복수의 메탈 라인을 포함하는 금속 메쉬(metal mesh)를 포함할 수 있다. 한 실시예 따르면, 금속 메쉬의 메탈 라인은 교차 형성되지 않으며, 일정 간격으로 근접하여 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 투명 전도체 112의 금속 메쉬를 이루는 메탈 라인의 선 간격 및 선 두께를 조절함으로써, 캐비티 1105의 내면이 모두 불투명 금속 재질로 배치된 종래의 무선 충전 장치와 대등한 효율이 발현될 수 있다. 이러한 상태에서 바디 110에는 캐비티 1105에 배치되는 충전을 위한 전자 장치가 외부와 통신을 하기 위한 통신용 주파수 통과 영역 B, C가 구성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, A 영역은 통신용 주파수가 캐비티 1105에서 외부로 통과할 수 없는 영역이며, B 영역 및 C 영역은 통신용 주파수가 캐비티 1105에서 외부로 통과할 수 있는 영역이다. 한 실시예에 따르면, B 영역 및 C 영역은 바디에서 일정 간격 또는 일정하지 않은 간격을 가지며 복수 개가 형성될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 통신용 주파수를 통과시키기 위한 B 영역은 복수의 단위 금속 구조체 1123이 바디 110의 비 전도성 영역에 배치되는 금속 주기 구조체를 포함할 수 있다. 통신용 주파수가 통과하기 위한 C 영역은 복수의 단위 슬롯(slot) 1127이 바디 110의 전도성 영역에 배치되는 슬롯 주기 구조체를 포함할 수 있다.

이하, 금속 주기 구조체 및 슬롯 주기 구조체에 대해서는 더욱 상세히 후술될 것이다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치에 적용되는 투명 전도체의 구성을 도시한 요부 구성도이다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 투명 전도체의 금속 메쉬(metal mesh)의 설계에 따른 충전 효율을 비교한 그래프이다.

도 3을 참고하면, 투명 전도체는 복수의 메탈 라인 1121을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 메탈 라인 1121은 교차하는 방식으로 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 메탈 라인 1121이 수직으로 교차하도록 배치되고 있으나 이에 국한되지 않는다. 예컨대, 메탈 라인은 일정 경사각을 가지며 교차 배치될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 투명 전도체의 메탈 라인 1121의 선 간격 d 및 선 두께 w를 조절함으로써 전자 장치의 충전 효율을 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 3.4GHz 대역의 충전 주파수를 사용할 경우, 종래의 불투명 전도체를 사용할 경우 48.5% Ari 전송 효율이 발현되었으며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 충전 주파수 대역에서 메탈 라인의 선 간격이 λ/10인 경우 24%의 Air 전송 효율이 발현되고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 동일한 주파수 대역에서 메탈 라인의 선 간격이 λ/20인 경우 41.5%의 Air 전송 효율이 발현됨을 알 수 있었다. 따라서, 메탈 라인의 선 간격은 좁을수록 충전 효율이 우수해짐을 알 수 있다. 한 실시예에 따르면, 웨어러블(weable) 전자 장치의 경우 Air 전송 효율이 30% 이상이 되어야 하므로, 메탈 라인의 선 간격은 λ/10 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.

더욱이, 하기 <표 1>에 도시된 바와 같이, 동일한 선 두께를 가지면서 선 간격을 조절하였을 경우, Air 방사 효율이 변화됨을 알 수 있다.

도시된 바와 같이, 기존의 불투명 전도체가 적용될 경우, 55.5%의 Air 방사 효율이 발현되었으며, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 0.05mm의 선 두께 및 0.95mm의 선 간격을 갖는 메탈 라인을 투명 전도체로 적용하였을 경우, 51.9%의 Air 방사 효율이 발현되었으며, 동일한 선 두께인 0.05mm의 선 두께 및 0.35mm의 선 간격을 갖는 메탈 라인을 투명 전도체로 적용하였을 경우, 54.8%의 Air 전송 효율이 발현되었다. 즉, 메탈 라인의 선 간격이 작을수록 높은 기존의 불투명 전도체가 적용되었을 경우의 Air 방사 효율과 근접함을 알 수 있었다.

도 4d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 충전 장치의 캐비티 형상 및 크기의 변경에 따른 충전 효율을 나타낸 그래프이다.

도 4d 및 하기 <표 2>를 참고하면, 투명 전도체가 적용된 바디의 다양한 형상 및 이에 따른 Air 방사 효율을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 지름 15cm, 높이 7.5cm를 갖는 원형의 바디가 적용되었을 경우에는 최대 55%의 Air 방사 효율이 발현되었으며, 12×9×5

의 체적을 갖는 장방형 바디가 적용되었을 경우에는 최대 54%의 Air 방사 효율이 발현되었다. 즉, 메탈 라인(금속 메쉬)을 포함하는 투명 전도체가 적용되는 바디의 형상이 변경되어도 매우 우수한 Air 방사 효율이 발현됨을 알 수 있었다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 밴드 스탑(band stop) 특성을 나타내는 무선 충전 장치의 FSS(Frequency Selective Surface)를 나타낸 도면이다.

다양한 실시예에 따르면, 투명 전도체의 일부 영역에 비 전도성 영역 1122를 구성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 해당 투명 전도체의 비 전도성 영역 1122 및 여기에 형성되는 금속 주기 구조체에 의해 충전 주파수(예: 2.4GHz 대역)만을 차단하도록 구성할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 투명 전도체의 일부 영역에 비 전도성 영역 1122를 형성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 비 전도성 영역 1122는 금속 메쉬 112 중 메탈 라인이 배치되지 않는 유전체 영역일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 비 전도성 영역 1122는 투명 전도체가 필름 형태로 형성될 경우, 금속 메쉬 112가 적용되지 않는 방식으로 형성될 수도 있다.

한 실시예에 따르면, 비 전도성 영역 1122에는 일정 간격으로 단위 금속 구조체 1123가 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 단위 금속 구조체 1123은 다양한 형상 1124, 1125로 형성될 수 있다.

도 5d를 참고하면, 투명 전도체 112에 형성되는 비 전도성 영역 1122에 일정 간격으로 유전체 리브 1126이 돌출 배치될 수 있으며, 유전체 리브 1126에는 도전성 패치 1127이 일정 간격으로 배치(부착)됨으로써 금속 주기 구조체로 형성될 수도 있다.

도 5e 및 도 5f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 5a 내지 5d의 밴드 스탑 특성에 따른 등가회로도 및 S21 그래프이다.

도 5e 및 도 5f를 참고하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 투명 전도체의 비 전도성 영역에 형성되는 물리적으로 직렬 LC를 형성하는 주기 금속 패턴 구조는 공진 주파수에서는 임피던스가 zero, 즉 short되므로 해당 주파수 대역의 신호만을 차단할 수 있다(band stop 특성).

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 밴드 패스(band pass) 특성을 나타내는 무선 충전 장치의 FSS(Frequency Selective Surface)를 나타낸 도면이다.

다양한 실시예에 따르면, 투명 전도체의 일부 영역에 전도성 영역 1126을 형성하고, 전도성 영역 1126에 복수의 단위 슬롯 1127이 일정하게 배치된 슬롯 주기 구조체를 적용시킴으로써, 특정 대역의 주파수만을 통과하도록 구성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 해당 투명 전도체의 슬롯 주기 구조체 영역으로 통신용 주파수(예: 900MHz 대역, 1800MHz 대역)만을 통과시키도록 구성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 단위 슬롯들 1127, 1128은 투명 전도체에 별도로 마련된 전도성 영역 1126또는 기존의 금속 메쉬 112에 형성될 수 있다.

도 6c 및 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 6a 및 6b의 밴드 패스 특성에 따른 등가회로도 및 S21 그래프이다.

도 6c 및 도 6d를 참고하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 투명 전도체에 마련된 전도성 영역에 형성되며, 물리적으로 병렬 LC를 형성하는 슬롯 주기 구조는 공진 주파수에서는 임피던스가 infinite, 즉 open되므로 해당 주파수 대역의 신호만을 통과시킬 수 있다.(band pass 특성).

도 7a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신용 리피터(repeater) 720을 포함하는 무선 충전 장치 700의 구성도이다. 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 7a의 통신용 리피터 720의 동작에 따른 주파수 특성을 도시한 S21 그래프이다.

도 7a를 참고하면, 무선 충전 장치 700은 바디 710에 통신용 리피터 장치 720을 더 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 통신용 리피터 장치 720은 충전을 위한 전자 장치의 통신 주파수 대역만을 선택적으로 송수신하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 무선 충전 장치 700은 전자 장치를 수용하기 위한 캐비티 7105를 형성하기 위하여 도 2의 구성과 같이 바디 710을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 바디 710은 투명 유전체 711 및 투명 유전체 711의 내면에 배치되는 투명 전도체 712를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 투명 전도체 712는 복수의 메탈 라인이 다양한 방식으로 교차 또는 근접하여 형성되는 금속 메쉬를 포함할 수 있으며, 필름 형태로 투명 유전체 711의 내벽에 부착될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 바디 710의 외벽에는 제1안테나 방사체 721가 배치되며, 캐비티 7105의 내벽에는 제2안테나 방사체 722가 배치됨으로써 통신용 리피터 장치 720을 구현할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 제1, 2안테나 방사체 721, 722는 low-profile 특성을 갖는 패치 형태의 방사체일 수 있다. 이러한 경우, 제1, 2안테나 방사체 721, 722는 바디 710의 외벽 및 내벽에 각각 접착되는 방식으로 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 제2안테나 방사체 722와 캐비티 7105의 내벽, 즉 투명 전도체 712의 면 사이에는 절연을 위한 이격용 유전체 7221이 개재될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 제1방사체 721과 제2방사체 722는 무선 충전 장치의 바디를 관통하는 전송 선로 723을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전송 선로 723은 제1방사체 721 및 제2방사체 722와 전기적으로 연결될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전송 선로 723은 바디 710에 관통되는 동축 케이블, FPCB 등을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전송 선로 723 중에는 충전 대역 저지 필터 724가 더 개재될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 충전 대역 저지 필터 724는 제1안테나 방사체 721을 통하여 외부로 전송되려는 충전 대역 주파수 신호를 필터링할 수 있으며, L, C 등의 소자로 구성될 수 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 패치 타입 제1, 2안테나 방사체 721, 722에 의해 듀얼 밴드(dual band) 공진의 특성을 가지며, 충전 대역의 주파수 신호는 통과되지 않음을 알 수 있다(band stop 특성).

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 무선 충전 장치 110: 바디
111: 투명 유전체 112: 투명 전도체
721: 제1안테나 방사체 722: 제2안테나 방사체
723: 전송 선로 724: 충전 대역 저지 필터
1122: 단위 금속 구조체 1127: 단위 슬롯

Claims

무선 전력 충전 장치에 있어서,
전자 장치를 수용하기 위한 캐비티(cavity)를 포함하는 투명 유전체;
상기 투명 유전체의 벽에 배치되어 상기 캐비티 외부로의 무선 전력(wireless power)를 차단하도록 구성된 투명 전도체; 및
상기 투명 전도체 내에 배치되어 상기 전자 장치의 통신 주파수를 통과시키고, 상기 캐비티 외부로의 상기 무선 전력을 차단하도록 구성된 적어도 하나의 주파수 필터링 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 투명 전도체는 투명 유전체 필름에 복수의 메탈 라인(metal line)이 교차 형성되는 금속 메쉬(metal mesh)인 무선 전력 충전 장치.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 메탈 라인의 선 간격은 λ/10를 넘지 않는 무선 전력 충전 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 메탈 라인은 직교하거나 미리 결정된 각도를 가지고 교차하는 무선 전력 충전 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 금속 메쉬는 상기 투명 전도체의 내벽 또는 외벽에 부착되는 무선 전력 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 투명 전도체는 투명 유전체 필름에 복수의 메탈 라인(metal line)이 형성되는 금속 메쉬(metal mesh)인 무선 전력 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주파수 필터링 영역은,
상기 투명 전도체에 형성되는 비 전도성 영역; 및
상기 비 전도성 영역에 미리 결정된 간격으로 배치되며 미리 결정된 형상을 갖는 복수의 단위 금속 구조체를 포함하는 금속 주기 구조체를 포함하여,
상기 무선 전력을 차단하도록 구성된 무선 전력 충전 장치.
청구항 8에 있어서,
금속 주기 구조체는 상기 투명 전도체의 내면에 부착되는 방식으로 배치되는 무선 전력 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주파수 필터링 영역은,
상기 투명 전도체에 형성되는 비 전도성 영역;
상기 비 전도성 영역에 미리 결정된 제1간격으로 돌출 배치되는 복수의 유전체 리브(rib); 및
상기 복수의 유전체 리브는 미리 결정된 제2간격으로 배치되는 복수의 전도성 패치를 포함하는 금속 주기 구조체를 포함하여,
상기 무선 전력을 차단하도록 구성된 무선 전력 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주파수 필터링 영역은,
상기 투명 전도체에 형성되는 전도성 영역; 및
상기 전도성 영역에 미리 결정된 간격으로 배치되며 미리 결정된 형상을 갖는 복수의 단위 슬롯을 포함하는 슬롯 주기 구조체를 포함하여,
상기 전자 장치의 상기 통신 주파수를 투과(band pass)시키도록 구성된 무선 전력 충전 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 투명 전도체는 투명 유전체 필름에 복수의 메탈 라인(metal line)이 교차 형성되는 금속 메쉬(metal mesh)이며,
상기 단위 슬롯은 상기 금속 메쉬를 생략하여 형성되는 무선 전력 충전 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 전도성 영역은 투명 전도체에 형성되는 무선 전력 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주파수 필터링 영역은,
상기 전자 장치의 통신 주파수를 투과(pass)시키도록 구성된 리피터(repeater) 장치를 포함하는 무선 전력 충전 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 리피터 장치는,
상기 투명 유전체의 외면에 배치되는 제1안테나 방사체(radiator);
상기 투명 전도체의 내면에 배치되는 제2안테나 방사체; 및
상기 제1안테나 방사체와 제2안테나 방사체를 전기적으로 연결시키기 위한 전송 선로(transmission line)를 포함하여,
상기 전자 장치가 캐비티에 수용될 때, 상기 제1안테나 방사체 및 상기 제2안테나 방사체를 통하여 외부와 통신도록 구성된 상기 전자 장치를 포함하는 무선 전력 충전 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 투명 전도체와 상기 제2안테나 방사체 사이에는 절연 유전체가 더 개재되는 무선 전력 충전 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 전송 선로 중에는 상기 무선 전력이 상기 제2안테나 방사체를 통하여 제1안테나 방사체로 전달되는 것을 방지하도록 구성된 충전 대역 저지 필터(charging band stop filter)를 더 포함하는 무선 전력 충전 장치.
무선 전력 충전 장치에 있어서,
저면;
상기 저면의 테두리를 따라 미리 결정된 높이를 가지며, 전자 장치를 수용하기 위한 캐비티(cavity)가 형성되는 측면;
상기 측면의 상부에서 개폐 가능하도록 설치되어 상기 전자 장치의 충전시 상기 캐비티를 밀폐 공간으로 형성하도록 구성된 커버를 포함하고,
상기 측면은,
상기 미리 결정된 높이를 가지며 상기 측면의 외관을 형성하는 투명 유전체;
상기 투명 유전체의 내벽 또는 외벽을 따라 배치되어 상기 캐비티 내부의 무선 전력(wireless power)이 외부로 방사되는 것을 방지하도록 구성된 투명 전도체; 및
상기 투명 전도체에 배치되어 상기 전자 장치의 통신용 주파수만을 투과(pass)시키고 상기 캐비티 외부로의 상기 무선 전력을 차단(block)시키도록 구성된 적어도 하나의 주파수 필터링 영역을 포함하는 무선 전력 충전 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 주파수 필터링 영역은,
상기 투명 전도체에 형성되는 비 전도성 영역; 및
상기 비 전도성 영역에 미리 결정된 간격으로 배치되며 미리 결정된 형상을 갖는 복수의 단위 금속 구조체를 포함하는 금속 주기 구조체를 포함하여,
상기 무선 전력을 차단시키도록 구성된 무선 전력 충전 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 주파수 필터링 영역은,
상기 투명 전도체에 형성되는 전도성 영역; 및
상기 전도성 영역에 미리 결정된 간격으로 배치되며 미리 결정된 형상을 갖는 복수의 단위 슬롯을 포함하는 슬롯 주기 구조체를 포함하여, 상기 전자 장치의 통신 주파수를 통과(pass)시키도록 구성된 무선 전력 충전 장치.