KR20160129673A - 억제된 전자파 발산 및 향상된 충전 효율을 갖는 무선 충전 장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
무선 충전 장치는 케이스, 송신기 코일 조립체 및 차폐 구조물을 포함한다. 상기 케이스는 수용 공간 및 입구를 갖는 메인 바디를 포함한다. 적어도 하나의 전력 수신 장치는 수용 공간 내에 수용된다. 송신기 코일 조립체는 메인 바디 내에 배치되며 적어도 하나의 전력 수신 장치를 무선으로 충전하기 위한 적어도 하나의 특정된 주파수를 갖는 전자파를 발산한다. 각각의 송신기 코일 조립체는 전자파를 발산하도록 AC 신호를 수용하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 차폐 구조물은 메인 바디의 외부 표면 상에 부착되거나 메인 바디 내에 배치된다. 차폐 구조물은 송신기 코일 조립체의 안테나를 적어도 차폐하여 전자파의 발산을 차단할 수 있다.
Description
본 발명은 무선 충전 장치 및 무선 충전 시스템과 관련되고, 더 구체적으로 억제된 전자파 발산 및 향상된 충전 효율을 갖는 무선 충전 장치 및 무선 충전 시스템과 관련된다.
오늘날, 다양한 휴대용 전자 장치, 가령, 모바일 폰 또는 태블릿 컴퓨터가 우리 일상에서 널리 사용되고 있다. 휴대용 전자 장치에 전기 에너지를 제공하기 위해, 충전 장치는 휴대용 전자 장치의 빌트-인 배터리를 충전하도록 사용된다. 일반적으로, 충전 장치는 유선 충전 장치 및 무선 충전 장치로 분류된다. 무선 충전 장치가 다양한 환경에서 동작할 수 있지만 전력 케이블에 의해 제한되기 때문에, 유선 충전 장치는 점차 무선 충전 장치에 의해 대체되고 있다.
무선 충전 동작은 또한 유도성 충전 동작(inductive charging operation) 또는 비접촉식 충전 동작(non-contact charging operation)이라고 지칭된다. 무선 충전 기술에 의해, 전기 에너지가 무선 전송 방식으로 전력 제공 장치에서 전력 수신 장치로 전송된다. 일반적으로, 3개의 무선 전력 충전 그룹은 WPC(Wireless Power Consortium)(QI), PMA (Power Matters Alliance) 및 A4WP (Alliance for Wireless Power)를 포함한다. WPC 및 A4WP 표준은 무선 충전 기술의 메인스트림이다. 무선 충전 기술은 자기 유도 기술(저주파수) 및 자기 공진 기술(고주파수)을 포함한다. 상기 자기 유도 기술은 단거리 에너지 송신에만 적용된다. 자기 유도 기술의 전력 변환 효율이 더 높다. 그러나 전력-수신 장치는 자기 유도 기술에 따라 전력 제공 장치와 정렬 및 부착되어야 하기 때문에, 전력 제공 장치는 복수의 전력 수신 장치를 동시에 충전할 수 없다. 자기 공진 기술에 의해, 송신기 단자와 수신기 단자 간 에너지 전송이 특정된 공진 주파수로 구현된다. 결과적으로, 자기 공진 기술이 자기 유도 기술에 비교할 때 더 장거리 에너지 전송에 적용될 수 있다.
도 1은 전력 수신 장치를 무선 충전하기 위한 무선 충전 장지의 사용을 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 장치(11)는 무선 송신 방식으로 전력 수신 장치(12)에게 전기 에너지를 전송한다. 일반적으로 무선 충전 장치(11)의 코일 조립체는 다중-코어 구리 와이어로 만들어진다. 덧붙여, 구리 와이어가 페라이트 자기 옥사이드로 만들어진 강성 기판 상에 장착된 후, 코일 조립체가 생성된다. 상기 코일 조립체는 판형 케이스 내에 설치된다. 전력 수신 장치(12)가 충전 프로세스 동안 무선 충전 장치(11) 외부에 위치해야 하기 때문에, 일부 문제가 발생한다. 예를 들어, 무선 충전 장치(11)의 코일 조립체로부터의 전자파가 주변 임의의 곳으로 방사된다. 따라서 전자파가 사용자에게 해를 입히고, 일반적으로 무선 충전 장치(11)의 충전 효율이 불충분하다. 덧붙여, 전력 수신 장치(12)가 무선 충전 장치(11)의 외부에 위치해야 하고 유효 충전 거리 내에 배치되어야 하기 때문에, 전력 수신 장치(12)가 유효 충전 거리 내에 위치함을 보장하기 위한 어떠한 조치가 취해져야 한다. 예를 들어, 무선 충전 장치(11)에 사용자에게 전력 수신 장치(12)가 유효 충전 거리를 벗어나 있음을 프롬프트하기 위한 센서가 추가로 구비된다. 대안적으로, 전력 수신 장치(12) 위치설정을 보조하기 위해 위치설정 수단이 사용된다. 센서 또는 위치설정 수단을 이용함으로써 무선 충전 장치(11)의 제조 비용이 증가한다. 덧붙여, 전력 수신 장치(12)는 충전 프로세스 동안 사용자에 의해 임의적으로 위치될 수 없기 때문에, 무선 충전 장치(11)의 적용이 제한된다.
덧붙여, 현재 무선 충전 장치는 서로 다른 기술에 의해 동작한다. 따라서 일반적으로 코일 조립체와 송신기 단자 회로의 결합 주파수(coupling frequency)가 상이하다. 이러한 환경에서, 무선 충전 장치의 구성요소와 전력 수신 장치의 구성요소는 서로 호환되지 않는다. 비호환성 때문에, 서로 다른 무선 충전 장치의 코일 조립체와 회로 구성요소는 일반적으로 서로 다르다. 따라서 휴대용 전자 장치의 유형에 따라 무선 충전 장치가 커스텀화된다. 이러한 환경에서, 무선 충전 장치의 적용이 제한적이다. 덧붙여, 무선 충전 장치는 서로 다른 무선 충전 기술에 따라 설계된 복수의 전력 수신 장치를 무선으로 충전할 수 없다.
본 발명의 목적은 전자파의 발산을 억제하여 전자파 복사 피해를 감소시킬 수 있는 무선 충전 장치를 제공하는 것이다. 덧붙여, 전자파가 비접촉 방식으로 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 충전하기 위한 충전 존(charging zone)으로 수렴되기 때문에, 무선 충전 장치의 충전 효율이 향상된다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 무선 충전 장치를 제공한다. 결과적으로, 수용 공간 내에 수용된 하나 또는 복수의 전력 수신 장치가 동시에 또는 서로 다른 때에 특정된 주파수 또는 복수의 주파수를 갖는 전자파에 의해 무선으로 충전될 수 있다. 덧붙여, 무선 충전 장치의 구조물이 단순하기 때문에, 제조 비용이 낮고 적용예와 편의가 확장된다.
본 발명의 추가 목적은 무선 충전 시스템을 제공하는 것이다. 무선 충전 시스템은 무선 충전 장치 및 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 포함한다. 무선 충전 장치는 자기 공진(magnetic resonance) 또는 자기 유도(magnetic induction)에 따라 전력 수신 장치를 적응적으로 또는 선택적으로 충전할 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에 따라, 적어도 하나의 전력 수신 장치를 무선 충전하기 위한 무선 충전 장치가 제공된다. 무선 충전 장치는 케이스, 적어도 하나의 송신기 코일 조립체 및 차폐 구조물을 포함한다. 상기 케이스는 본체를 포함한다. 상기 본체는 수용 공간 및 입구를 가진다. 적어도 하나의 전력 수신 장치는 수용 공간 내에 수용된다. 적어도 하나의 송신기 코일 조립체는 본체 내에 배치되고 적어도 하나의 전력 수신 장치를 무선 충전하기 위한 적어도 하나의 특정된 주파수를 갖는 전자파를 발산한다. 각각의 송신기 코일 조립체는 AC 신호를 수신하여 전자파를 발산하도록 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 상기 차례 구조물은 본체의 외부 표면 상에 부착되거나 상기 본체 내에 배치된다. 상기 차폐 구조물은 송신기 코일 조립체의 안테나를 차폐하여 적어도 전자파의 발산을 막는다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 무선 충전 시스템이 제공된다. 상기 무선 충전 시스템은 무선 충전 장치 및 적어도 하나의 전력 수신 장치를 포함한다. 무선 충전 장치는 케이스, 적어도 하나의 송신기 코일 조립체 및 차폐 구조물을 포함한다. 상기 케이스는 본체를 포함한다. 상기 본체는 수용 공간 및 입구를 가진다. 상기 적어도 하나의 송신기 코일 조립체는 본체 내에 배치되고 적어도 하나의 특정된 주파수를 갖는 전자파를 발산한다. 각각의 송신기 코일 조립체는 AC 신호를 수신하여 전자파를 발산하도록 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 상기 차례 구조물은 본체의 외부 표면 상에 부착되거나 상기 본체 내에 배치된다. 상기 차폐 구조물은 송신기 코일 조립체의 안테나를 차폐하여 적어도 전자파의 발산을 막는다. 적어도 하나의 전력 수신 장치는 케이스의 수용 공간 내에 수용된다. 각각의 전력 수신 장치는 수신기 코일 조립체를 포함한다. 상기 수신기 코일 조립체는 수신기 코일 조립체와 대응하는 송신기 코일 조립체의 결합 효과에 반응하여 무선 충전 장치로부터의 전기 에너지를 수신한다.
해당 분양의 통상의 기술자라면 본 발명의 상기의 내용을 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 검토한 후 더 잘 이해할 것이다.
도 1은 전력 수신 장치를 무선 충전하기 위한 무선 충전 장지의 사용을 개략적으로 도시한다.
도 2a은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 아키텍처를 개략적으로 도시한다.
도 2b은 도 2b의 무선 충전 시스템의 아키텍처의 변형 예시를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도4a는 라인 AA를 따라 취해진 도 3의 무선 충전 장치를 도시하는 개략적 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다.
도 5a는 무선 충전 장치의 측벽의 변형 예시를 도시하는 개략적 분해도이다.
도 5b는 도 5a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 무선 충전 장치의 측벽의 변형 예시를 도시하는 개략적 분해도이다.
도 6b는 도 6a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다.
도 7는 도 3에서 나타난 무선 충전 장치의 차폐 구조물의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 3의 무선 충전 장치의 송신기 모듈을 도시하는 개략적 회로 블록도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 전력 수신 장치의 수신기 모듈을 도시하는 개략적 회로도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 전력 수신 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 무선 차징 시스템의 아키텍처를 도시하는 개략적 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 2a은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 아키텍처를 개략적으로 도시한다.
도 2b은 도 2b의 무선 충전 시스템의 아키텍처의 변형 예시를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도4a는 라인 AA를 따라 취해진 도 3의 무선 충전 장치를 도시하는 개략적 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다.
도 5a는 무선 충전 장치의 측벽의 변형 예시를 도시하는 개략적 분해도이다.
도 5b는 도 5a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 무선 충전 장치의 측벽의 변형 예시를 도시하는 개략적 분해도이다.
도 6b는 도 6a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다.
도 7는 도 3에서 나타난 무선 충전 장치의 차폐 구조물의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 3의 무선 충전 장치의 송신기 모듈을 도시하는 개략적 회로 블록도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 전력 수신 장치의 수신기 모듈을 도시하는 개략적 회로도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 전력 수신 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 무선 차징 시스템의 아키텍처를 도시하는 개략적 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다.
본 발명이 다음의 실시예를 참조하여 더 구체적으로 기재될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 기재가 예시 및 설명 목적으로 제시된 것에 불과하다. 이는 배타적이거나 개시된 정밀한 형태에 한정되는 것도 아니다.
도 2a은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 아키텍처를 개략적으로 도시한다. 도 2b은 도 2b의 무선 충전 시스템의 아키텍처의 변형 예시를 개략적으로 도시한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다. 도 4a는 라인 AA를 따라 취해진 도 3의 무선 충전 장치의 개략적 횡단면도이다. 도 4b는 도 4a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다. 도 7는 도 3에서 나타난 무선 충전 장치의 차폐 구조물의 일례를 개략적으로 도시한다. 도 8은 도 3의 무선 충전 장치의 송신기 모듈을 도시하는 개략적 회로 블록도이다.
도 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 7 및 8을 참조할 수 있다. 무선 충전 시스템(2)은 무선 충전 장치(3) 및 적어도 하나의 전력 수신 장치(4)를 포함한다. 무선 충전 장치(3)는 전원(5)으로 연결된다. 예를 들어, 전원(5)은 AC 유틸리티 전원, 외부 배터리 또는 빌트-인 배터리이다. 무선 충전 장치(3)는 특정된 주파수(즉, 단일 주파수) 또는 광대역 주파수(가령, 복수의 주파수)를 갖는 전자파를 발산한다. 예를 들어, 전자파의 주파수는 60Hz 내지 300GHz이다. 따라서, 자기 유도 기술(저주파수) 또는 자기 공진 기술(고주파수)에 의해, 무선 충전 장치(3)는 동일하거나 상이한 주파수를 갖는 전자파를 통해 하나 이상의 전력 수신 장치(4)를 무선 충전할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신 장치(3)는 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터 또는 전기 제품이다.
무선 충전 장치(3)는 케이스(30), 적어도 하나의 송신기 코일 조립체(31), 적어도 하나의 송신기 모듈(32) 및 차폐 구조물(34)을 포함한다. 케이스(30)는 본체(301) 및 커버링 부재(302)를 포함한다. 상기 본체(301)는 수용 공간(303), 입구(304), 측벽(305) 및 바닥 플레이트(306)를 가진다. 상기 커버링 부재(302)는 상기 본체(301)의 입구(304)를 커버링하기 위해 사용된다. 하나의 실시예에서, 상기 커버링 부재(302)는 본체(301)와 피봇 및 회전가능하게 연결된다. 상기 본체(301)의 수용 공간(303)은 충전 존으로 사용된다. 덧붙여, 수용 공간(303)은 하나 또는 복수의 전력 수신 장치(4)를 수용할 수 있다. 송신기 코일 조립체(31)는 측벽(305) 및/또는 하부 플레이트(306) 내에 배치되고 대응하는 송신기 모듈(32)과 전기적으로 연결된다. 송신기 코일 조립체(31)는 무선 충전 장치(3)의 송신기 단자로서 사용된다. 송신기 모듈(32)은 전원(5)과 대응하는 송신기 코일 조립체(31) 사이에 전기적으로 연결된다. 덧붙여, 송신기 모듈(32)은 전원(5)으로부터 전기 에너지를 수신하고 AC 신호를 대응하는 송신기 코일 조립체(31)로 발생시킨다. 하나의 실시예에서, 차폐 구조물(34)이 측벽(305)의 외부 표면 및/또는 하부 플레이트(306)의 외부 표면 상에 부착된다. 상기 차폐 구조물(34)은 대응하는 송신기 코일 조립체(31)를 부분적으로 또는 완전히 차폐하고 전자파 발산을 막는다. 결과적으로, 전자파는 본체(301)의 수용 공간(303)으로 수렴되어, 수용 공간(303) 내에서 적어도 하나의 전력 수신 장치(4)를 무선 충전할 수 있다.
일부 실시예에서, 무선 충전 장치(3)는 보호층(35)을 더 포함한다. 보호층(35)은 차폐 구조물(34)의 외부 표면의 적어도 일부분 상에 부착되어 차폐 구조물(34)을 보호할 수 있다. 예를 들어, 보호층(35)은 보호성 페인트로 만들어진다. 보호성 페인트의 비제한적 예를 들면, 에폭시 수지, 아크릴 실리콘류, 폴리우레탄 고무, 비닐 아세테이트-에틸렌 코폴리머 겔, 폴리이미드 겔, 고무 겔, 폴리올레핀 겔, 수분 경화성 폴리우레탄 겔 또는 실리콘류가 있다.
도 2a에 도시된 실시예에서, 무선 충전 장치(3)는 송신기 코일 조립체(31) 및 송신기 모듈(32)을 포함한다. 결과적으로, 무선 충전 장치(3)는 특정된 주파수를 갖는 전자파를 발상시켜 전력 수신 장치(4)를 무선 충전할 수 있다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 무선 충전 장치(3)는 복수의 송신기 코일 조립체(31) 및 복수의 송신기 모듈(32)을 포함한다. 송신기 코일 조립체(31)는 대응하는 송신기 모듈(32)과 전기적으로 연결된다. 무선 충전 장치(3)는 특정된 주파수 또는 복수의 주파수를 갖는 전자파를 발산시켜 동시에 또는 상이한 때에 하나 또는 복수의 전력 수신 장치(4)를 무선 충전할 수 있다.
송신기 코일 조립체(31)는 가요성이다. 하나의 실시예에서, 각각의 송신기 코일 조립체(31)는 가요성 기판(311), 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)를 포함한다. 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)는 가요성 기판(311)의 2개의 대향하는 표면 상에 배치된다. 구체적으로, 발진 시작 안테나(312)는 가요성 기판(311)의 제1 표면(311a) 상에 배치되고, 공진 안테나(313)는 가요성 기판(311)의 제2 표면(311b) 상에 배치된다. 덧붙여, 하나 이상의 커패시터(316)는 공진 안테나(313)의 제1 단부(313a)와 제2 단부(313b) 사이에 연결된다. 발진 시작 안테나(312)의 2개의 단부는 송신기 모듈(32)과 연결된다. 송신기 모듈(32)로부터의 AC 신호가 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나(312)로 전송될 때, 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)의 결합 효과가 발생한다. 결과적으로, 특정된 공진 주파수를 갖는 전자파 및 대응하는 전력 수신 장치(4)의 무선 수신 유닛(4a)의 수신기 코일 조립체(41)가 결합 효과를 야기한다. 결합 효과에 반응하여, 수신기 코일 조립체(41)에 의해 수신되는 전기 에너지가 수신기 모듈(42)에 의해 출력 전압으로 더 변환된다. 출력 전압이 부하(4b)로 전송되어, 전력 수신 장치(4)를 무선 충전할 수 있다.
도 3 및 4a를 참조할 수 있다. 무선 충전 장치(3)의 공진 안테나(313), 가요성 기판(311), 발진 시작 안테나(312), 차폐 구조물(34) 및 보호층(35)이 본체(301)의 중앙 축 X로부터 측벽(305)으로 방향 B로 순차적으로 배열된다. 다시 말하면, 송신기 코일 조립체(31)는 측벽(305) 내에 배치된다. 공진 안테나(313)는 수용 공간(303) 근방에 위치한다. 가요성 기판(311)은 공진 안테나(313)와 발진 시작 안테나(312) 사이에 배열된다. 발진 시작 안테나(312)는 측벽(305)의 외부 표면 근방에 위치하고 공진 안테나(313)와 차폐 구조물(34) 사이에 배열된다. 차폐 구조물(34)은 송신기 코일 조립체(31)의 공진 안테나(313) 및 발진 시작 안테나(312)를 적어도 부분적으로 차폐하기 위해 측벽(305)의 외부 표면 상에 부착된다. 도 7에 도시된 실시예에서, 차폐 구조물(34)은 더 높은 주파수(가령, 6MHz 초과의 주파수)를 갖는 전자기파의 발산을 차단하기 위한 금속망이다. 금속망은 구리, 금, 은, 알루미늄, 텅스텐, 크롬, 티타늄, 인듐, 주석, 니켈, 철, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 금속성 물질 또는 금속성 복합 물질로 만들어진다. 금속망의 패턴은 복수의 망 유닛(343)을 포함한다. 서로 십자형으로 교차하지 않는 망 유닛(343)의 모든 2개의 인접한 금속 라인(344 및 345)이 거리 d만큼 이격되어 있다. 거리 d는 송신기 코일 조립체(31)로부터의 전자파의 파장보다 짧다. 일부 다른 실시예에서, 차폐 구조물(34)은 더 낮은 주파수를 갖는 전자파의 발산을 차단하기 위한기 위한 투자성 필름(magnetically-permeable film)이다. 상기 투자성 필름은 연자성 물질로 만들어진다. 바람직하게도 그러나 비배타적으로, 상기 연자성 물질은 페라이트, 아연-니켈 페라이트, 아연-망간 페라이트 또는 철-실리콘-알루미늄 합금 및 접착 물질의 혼합물이다. 또 다른 실시예에서, 차폐 구조물(34)은 광대역 주파수(가령, 60Hz 내지 300GHz)를 갖는 전자파의 발산을 차단하기 위한 복합 필름이다. 예를 들어, 복합 필름은 금속망과 투자성 필름의 조합이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차폐 구조물(34)은 제1 차폐 부분(341) 및 제2 차폐 부분(342)을 포함한다. 제1 차폐 부분(341)은 송신기 코일 조립체(31)를 차폐하기 위해 본체(301)의 외부 표면 상에 부착된다. 제2 차폐 부분(342)은 커버링 부재(302)로부터 전자파 발산을 막기 위해 커버링 부재(302)의 외부 표면 상에 부착된다.
일부 실시예에서, 제1 접착층 및 제2 접착층(도시되지 않음)이 각각 가요성 기판(311)의 제1 표면(311a) 및 제2 표면(311b) 상에 배치된다. 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)는 전기 전도성 물질로 만들어진다. 덧붙여, 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)는 각각 대응하는 접착층을 통해 가요성 기판(311)의 제1 표면(311a) 및 제2 표면(311b) 상에 고정된다. 제1 접착층 및 제2 접착층 각각은 광 경화성 접착 물질, 열 경화성 접착 물질 또는 그 밖의 다른 임의의 적절한 경화성 접착 물질(가령, 비닐 아세테이트-에틸렌 코폴리머 겔, 폴리이미드 겔, 고무 겔, 폴리올레핀 겔 또는 수분 경화성 폴리우레탄 겔)로 만들어진다. 일부 실시예에서, 접착층은 경화성 접착 물질 및 자기 물질을 함유한다. 바람직하게는 그러나 비배타적으로, 자기 물질은 강자성 파우더이다. 대안적으로, 일부 다른 실시예에서, 가요성 기판(311)은 접착층에 의해 대체된다.
바람직하게는 그러나 비배타적으로 가요성 기판(311)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 신 글래스(thin glass), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(PI) 또는 폴리카보네이트(PC)로 만들어진다. 일부 실시예에서, 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)가 단일-루프 안테나 또는 다중-루프 안테나이다. 덧붙여, 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)는 원형, 타원형, 또는 사각형을 가진다. 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)의 전기 전도성 물질의 비제한적 예를 들면, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 주석(Sn) 또는 그래핀이 있다.
도 5a는 무선 충전 장치의 측벽의 변형 예시를 도시하는 개략적 분해도이다. 도 5b는 도 5a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다. 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 송신기 코일 조립체(31)는 가요성 기판(311), 발진 시작 안테나(oscillation starting antenna)(312), 공진 안테나(313), 제1 보호층(314), 및 제2 보호층(315)을 포함한다. 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)는 각각 제1 보호층(314) 및 제2 보호층(315)에 의해 덮인다. 즉, 제1 보호층(314) 및 제2 보호층(315)은 발진 시작 안테나(312) 및 공진 안테나(313)의 외부 면에 각각 위치한다. 이 실시예에서, 차폐 구조물(34)은 본체(301)의 측벽(305) 내에 배치되고 발진 시작 안테나(312)와 제1 보호층(314) 사이에 배열된다.
도 6a는 무선 충전 장치의 측벽의 변형 예시를 도시하는 개략적 분해도이다. 도 6b는 도 6a의 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체와 차폐 구조물 간 관계를 개략적으로 도시한다. 도 5a와 5b를 비교할 때, 차폐 구조물(34)은 본체(301)의 측벽(305) 내에 배치되고, 제1 보호층(314)의 외부 측부에 위치한다. 제1 보호층(314)과 제2 보호층(315)의 물질은 보호층(35)의 물질과 동일하며 본 명세서에서 중복 기재되지 않는다.
하나의 실시예에서, 무선 충전 장치(3)는 하나 또는 복수의 송신기 모듈(32)을 포함한다. 각각의 송신기 모듈(32)은 대응하는 박막 송신기 코일 조립체(31)와 전기적으로 연결된다. 덧붙여, 각각의 송신기 모듈(32)은 변환 회로(321), 오실레이터(322), 전력 증폭기(323) 및 필터링 회로(324)를 포함한다. 변환 회로(321)의 입력 단부가 전원(5)과 전기적으로 연결된다. 변환 회로(321)의 출력 단부가 오실레이터(322) 및 전력 증폭기(323)와 전기적으로 연결된다. 상기 변환 회로(321)가 전원(5)으로부터의 전기 에너지를 변환하고 조정된 전압을 오실레이터(322) 및 전력 증폭기(323)로 제공하도록 사용된다. 예를 들어, 변환 회로(321)는 DC-DC 변환기, AC-AC 변환기 및/또는 DC-AC 변환기를 포함한다. 오실레이터(322)는 특정된 주파수를 갖는 AC 신호를 조절 가능한 방식으로 출력하도록 사용된다. 특정된 주파수를 갖는 AC 신호가 전력 증폭기(323)에 의해 증폭된다. 공진파 및 바람직하지 않은 주파수의 AC 신호가 필터링 회로(324)에 의해 필터링된다. 필터링된 AC 신호는 박막 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나(312)로 전송된다.
이 실시예에서, 각각의 전력 수신 장치(4)는 무선 수신 유닛(4a) 및 부하(4b)를 포함한다. 무선 수신 유닛(4a) 및 부하(4b)가 개별적인 구성요소이고 단일 구성요소로 일체 구성된다. 예를 들어, 무선 수신 유닛(4a)이 무선 수신기 패드이며, 부하(4b)는 무선 충전되는 기능이 없는 모바일 전화기이다. 그러나 무선 수신기 패드와 모바일 전화기가 서로 전기적으로 연결된 후, 모바일 전화기는 무선 충전될 수 있다. 대안적으로, 또 다른 실시예에서, 무선 수신 유닛(4a)이 부하(4b)(가령, 모바일 전화기)의 케이스 내에 배치된다.
도 2a, 2b, 3, 4a, 4b를 다시 참조할 수 있다. 각각의 전력 수신 장치(4)의 무선 수신 유닛(4a)은 수신기 코일 조립체(41) 및 수신기 모듈(42)을 포함한다. 송신기 코일 조립체(31)와 같이, 수신기 코일 조립체(41)는 가요성 기판, 발진 시작 안테나 및 공진 안테나를 포함한다. 덧붙여, 하나 이상의 커패시터는 공진 안테나의 2개의 단부 사이에 연결된다. 수신기 코일 조립체(41)의 가요성 기판, 발진 시작 안테나 및 공진 안테나의 구조물, 물질 및 기능이 도 4a 및 4b에 도시된 송신기 코일 조립체(31)의 가요성 기판, 발진 시작 안테나 및 공진 안테나의 것과 유사하며, 본 명세서에서 중복 기재되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 수신기 코일 조립체(41)는 가요성 기판, 발진 시작 안테나, 공진 안테나, 제1 보호층 및 제2 보호층을 포함한다. 수신기 코일 조립체(41)의 구조물 및 물질이 도 5a, 5b, 6a 및 6b에 도시된 송신기 코일 조립체(31)의 것과 유사하며, 본 명세서에서 중복 기재되지 않는다. 수신기 코일 조립체(41)와 송신기 코일 조립체(31) 간 결합 효과 때문에, 무선 충전 장치(3)의 송신기 코일 조립체(31)로부터의 전기 에너지가 자기 공진 또는 자기 유도에 따라 수신기 코일 조립체(41)에 의해 수신될 수 있다. 따라서, 전력 수신 장치(4)가 무선 충전 장치(3)의 수용 공간(303) 내 배치될 때, 무선 충전 장치(3)의 송신기 코일 조립체(31)에 의해 발산되는 전자파의 더 높은 주파수(가령, 6.78MHz)와 전력 수신 장치(4)의 수신기 코일 조립체(41)의 주파수가 동일한 경우, 자기 공진에 따라 전기 에너지가 무선 충전 장치(3)의 송신기 코일 조립체(31)로부터 무선 수신 유닛(4a)의 수신기 코일 조립체(41)로 전송될 수 있다. 대안적으로, 전력 수신 장치(4)가 무선 충전 장치(3)의 수용 공간(303) 내 배치될 때, 무선 충전 장치(3)의 송신기 코일 조립체(31)에 의해 발산되는 전자파의 더 낮은 주파수(가령, 100KHz)와 전력 수신 장치(4)의 수신기 코일 조립체(41)의 주파수가 동일한 경우, 자기 유도에 따라 전기 에너지가 무선 충전 장치(3)의 송신기 코일 조립체(31)로부터 무선 수신 유닛(4a)의 수신기 코일 조립체(41)로 전송될 수 있다. 차폐 구조물(34)이 송신기 코일 조립체(31)에 의해 발산되는 전자파의 발산을 막을 수 있기 때문에, 전자파가 본체(301)의 수용 공간(303)으로 수렴된다. 이 환경에서, 충전 효율이 증가된다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 전력 수신 장치의 수신기 모듈을 도시하는 개략적 회로도이다. 도 2a, 2b, 및 9를 참조할 수 있다. 무선 수신 유닛(4a)은 적어도 하나의 수신기 모듈(42)을 포함한다. 각각의 수신기 모듈(42)은 필터링 회로(421), 정류 회로(422), 전압 안정기(423) 및 DC 전압 조절 회로(424)를 포함한다. 필터링 회로(421)는 박막 수신기 코일 조립체(41)의 공진 안테나와 전기적으로 연결된다. 수신기 코일 조립체(41)로부터의 AC 신호의 공진파가 필터링 회로(421)에 의해 필터링된다. 정류 회로(422)는 필터링 회로(421) 및 전압 안정기(423)와 전기적으로 연결되어, AC 신호를 정류된 DC 전압으로 변환할 수 있다. 전압 안정기(423)는 정류 회로(422) 및 DC 전압 조절 회로(424)와 전기적으로 연결되어, 정류된 DC 전압을 안정화시켜 정격 전압 값을 갖는 안정화된 DC 전압으로 만들 수 있다. 상기 DC 전압 조절 회로(424)는 전압 안정기(423) 및 부하(4b)와 전기적으로 연결되어 상기 안정화된 DC 전압을 조정된 DC 전압으로 조절(가령, 증가)할 수 있다. 조정된 DC 전압이 부하(4b)로 제공되어 부하(4b)(가령, 모바일 전화기의 배터리)를 충전할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 무선 충전 시스템의 전력 수신 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다. 도 2a, 2b, 및 10를 참조할 수 있다. 전력 수신 장치(4)는 무선 수신 유닛(4a) 및 부하(4b)를 포함한다. 이 실시예에서, 전력 수신 장치(4)의 무선 수신 유닛(4a)은 무선 수신기 패드이고, 부하(4b)는 무선 충전되는 기능을 갖지 않는 모바일 전화기이다. 무선 수신 유닛(4a)(즉, 무선 수신기 패드)의 커넥터(43)가 부하(4b)(즉, 모바일 전화기)의 대응하는 커넥터와 전기적으로 연결될 때, 무선 충전 장치(3)의 박막 송신기 코일 조립체(31)로부터의 전기 에너지가 무선 수신 유닛(4a)의 수신기 코일 조립체(41) 및 수신기 모듈(42)에 의해 수신될 수 있다. 이 환경에서, 모바일 전화기가 무선 충전되는 기능을 갖지 않는 경우라도, 모바일 전화기는 무선 수신 유닛(4a)을 통해 무선 충전 장치(3)에 의해 무선 충전될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 무선 차징 시스템의 아키텍처를 도시하는 개략적 회로도이다. 이 실시예에서, 무선 충전 시스템(2)은 무선 충전 장치(3)와 2개의 전력 수신 장치(4 및 4')를 포함한다. 전력 수신 장치(4)는 무선 수신 유닛(4a)을 포함하고, 전력 수신 장치(4')는 무선 수신 유닛(4a')을 포함한다. 무선 수신 유닛(4a 및 4a')의 규격 및 특징에 따라, 무선 충전 장치(3)는 자기 공진 또는 자기 유도에 의해, 전력 수신 장치(4 및 4')의 부하(4b 및 4b')를 적응적 또는 선택적으로 충전할 수 있다. 이 실시예에서, 무선 충전 장치(3)는 송신기 코일 조립체(31), 송신기 모듈(32), 제어기(33), 제1 스위칭 회로(36), 제2 스위칭 회로(37), 2개의 제1 커패시터(C11, C12) 및 2개의 제2 커패시터(C21, C22)를 포함한다. 송신기 코일 조립체(31) 및 모듈(32)의 구조, 기능 및 원리가 앞서 언급된 것과 유사하며, 본 명세서에서 중복 기재되지 않는다. 수신기 코일 조립체(41, 41') 및 수신기 모듈(42, 42')의 구조, 기능 및 원리가 앞서 언급된 것과 유사하며, 본 명세서에서 중복 기재되지 않는다. 제1 커패시터(C11 및 C12)는 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나(도시되지 않음)와 병렬로 연결된다. 덧붙여, 제1 커패시터(C11 및 C12)는 서로 병렬로 연결되어, 전력 수신 장치(4 및 4')의 수신기 코일 조립체(41 및 41')와 유도 결합할 수 있다. 제2 커패시터(C21 및 C22) 는 송신기 코일 조립체의 송신기 모듈(32)의 출력 단자와 발진 시작 안테나(도시되지 않음)와 직렬로 연결된다. 덧붙여, 제2 커패시터(C21 및 C22)는 서로 병렬로 연결되어, 송신기 모듈(32)과 유도 결합할 수 있다. 따라서, 제2 커패시터(C21 및 C22)는 신호를 필터링하고 충전 성능을 향상시킬 수 있다. 제1 스위칭 회로(36)는 2개의 제1 스위칭 요소(S11 및 S12)를 포함한다. 제1 스위칭 요소(S11 및 S12)는 각각 직렬로 대응하는 제1 커패시터(C11 및 C12)와 연결된다. 제2 스위칭 회로(37)는 2개의 스위칭 요소(S21 및 S22)를 포함한다. 제2 스위칭 요소(S21 및 S22)는 각각 직렬로 대응하는 제2 커패시터(C21 및 C22)와 연결된다. 제어기(33)는 제1 스위칭 회로(36)의 제1 스위칭 요소(S11 및 S12) 및 제2 스위칭 회로(37)의 제2 스위칭 요소(S21 및 S22)와 전기적으로 연결된다. 적응된 무선 충전 기술을 기초로 하는 전력 수신 장치(4 및 4')의 무선 수신 유닛(4a 및 4a')으로부터의 감지 신호에 따라, 제어기(33)는 제어 신호를 생성한다. 제어 신호에 따라, 제1 스위칭 회로(36)의 제1 스위칭 요소(S11 및 S12) 및 제2 스위칭 회로(37)의 제2 스위칭 요소(S21 및 S22)는 선택적으로 켜지거나 꺼진다. 따라서,무선 수신 유닛(4a 및 4a')의 규격 및 특징에 따라, 무선 충전 장치(3)는 자기 공진 또는 자기 유도에 의해, 전력 수신 장치(4 및 4')의 부하(4b 및 4b')를 적응적 또는 선택적으로 충전할 수 있다.
무선 충전 장치(3) 및 전력 수신 장치(4 및 4')의 작동 주파수는 다음 수학식에 따라 계산될 수 있다: fa = 1/[(2π)(LaCa)1/2] = 1/[(2π)(LbCb)1/2] = fb. 이 실시예에서, fa는 무선 충전 장치(3)의 작동 주파수이고, fb는 전력 수신 장치(4 또는 4')의 작동 주파수이며, Ca는 제1 커패시터(C11 또는 C12)의 커패시턴스 값이며, La는 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값이고, Cb는 전력 수신 장치(4 또는 4')의 제3 커패시터(C3 또는 C3')의 커패시턴스 값이며, Lb는 수신기 코일 조립체(41 또는 41')의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값이다. 예를 들어, 제1 커패시터(C11 및 C12)의 커패시턴스 값은 각각 0.5μF 및 0.1nF이고, 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값 L은 5μH이다. 전력 수신 장치(4)의 제3 커패시터(C3)의 커패시턴스 값이 0.5μF이고 수신 코일 조립체(41)의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값(L3)이 5μH인 경우, 무선 충전 장치(3)의 제어기(33)는 제1 스위칭 회로(36) 및 제2 스위칭 회로(37)로 대응하는 제어 신호를 발생시킨다. 이 제어 신호에 따라, 제1 스위칭 요소(S11) 및 제2 스위칭 요소(S21)가 켜지고, 제1 스위칭 요소(S12) 및 제2 스위칭 요소(S22)가 꺼진다. 무선 충전 장치(3)에 의해 0.5μF의 커패시턴스 값을 갖는 제1 커패시터(C11)가 선택되고 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값(L)이 5μH이다. 이러한 환경에서, 무선 충전 장치(3)의 작동 주파수 및 전력 수신 장치(4)의 무선 수신 유닛(4a)의 작동 주파수는 모두 100 KHz이다. 따라서, 전력 수신 장치(4)의 무선 수신 유닛(4a)은 자기 유도에 따라 더 낮은 주파수에서 무선 충전 장치(3)에 의해 무선 충전된다. 반면, 전력 수신 장치(4')의 제3 커패시터(C3')의 커패시턴스 값이 0.1nF이고 수신 코일 조립체(41')의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값(L3')이 5μH인 경우, 무선 충전 장치(3)의 제어기(33)는 제1 스위칭 회로(36) 및 제2 스위칭 회로(37)로 대응하는 제어 신호를 발생시킨다. 이 제어 신호에 따라, 제1 스위칭 요소(S12) 및 제2 스위칭 요소(S22)가 켜지고, 제1 스위칭 요소(S11) 및 제2 스위칭 요소(S21)가 꺼진다. 따라서, 무선 충전 장치(3)에 의해 0.1nF의 커패시턴스 값을 갖는 제1 커패시터(C12)가 선택되고 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나의 인덕턴스 값(L)이 5μH이다. 이러한 환경에서, 무선 충전 장치(3)의 작동 주파수 및 전력 수신 장치(4)의 무선 수신 유닛(4a)의 작동 주파수는 모두 6.78MHz이다. 따라서, 전력 수신 장치(4')의 무선 수신 유닛(4a')은 자기 공진에 따라 더 높은 주파수에서 무선 충전 장치(3)에 의해 무선 충전된다. 작동 주파수는 본 명세서에서 예시 및 설명 목적으로만 제시된다.
도 3에 도시된 이 실시예에서, 본체(301)가 하부 플레이트와 측벽을 갖는 중공 원통(hollow cylinder)이고, 커버링 부재(302)는 본체(301)와 피봇 가능하게 연결된다. 따라서 본체(301)의 입구(304)가 본체(301)에 의해 덮인다. 덧붙여, 복수의 송신기 코일 조립체(31)는 중공 원통의 측벽(305) 내에 배치된다. 무선 충전 장치(3)의 본체(301)의 형태는 실시 요건에 따라 달라질 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다. 제1 실시예의 것에 대응하는 구성 부분 및 요소가 동일한 도면 부호에 의해 지시되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 이 실시예에서, 무선 충전 장치(3a)의 본체(301)가 하부 플레이트와 측벽을 갖는 중공 박스이며, 커버링 부재(302)는 본체(301)의 입구(304)를 커버하기 위해 본체(301)와 피봇 및 회전 가능하게 연결된다. 덧붙여, 복수의 송신기 코일 조립체(31)는 중공 박스의 측벽(305) 내에 배치된다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다. 제1 실시예의 것에 대응하는 구성 부분 및 요소가 동일한 도면 부호에 의해 지시되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 이 실시예에서, 무선 충전 장치(3b)의 본체(301)는 하부 플레이트와 측벽을 갖는 중공 원통이다. 특히, 송신기 코일 조립체(31)의 공진 안테나(313)는 중공 원통의 측벽(305) 내에 나선형으로 감기고, 송신기 코일 조립체(31)의 발진 시작 안테나(312)는 중공 원통의 하부 플레이트(306) 내에 배치된다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다. 제1 실시예의 것에 대응하는 구성 부분 및 요소가 동일한 도면 부호에 의해 지시되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 이 실시예에서, 무선 충전 장치(3c)의 본체(301)는 하부 플레이트와 측벽을 갖는 중공 원통이다. 이 실시예에서, 복수의 송신기 코일 조립체(31)가 중공 원통의 측벽(305) 내에 배치되고 추가되고, 추가 송신기 코일 조립체(31a)가 상기 중공 원통의 하부 플레이트(306) 내에 배치되며, 또 다른 추가 송신기 코일 조립체(31b)가 커버링 부재(302) 내에 배치된다. 상기 송신기 코일 조립체(31a 및 31b) 각각의 구조 및 동작 원리는 송신기 코일 조립체(31)의 것과 유사하며 본 명세서에서 중복 기재되지 않는다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따르는 무선 충전 장치의 외관을 도시하는 개략적 투시도이다. 제1 실시예의 것에 대응하는 구성 부분 및 요소가 동일한 도면 부호에 의해 지시되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 이 실시예에서, 무선 충전 장치(3d)의 본체(301)는 하부 플레이트와 측벽을 갖는 U자형 그루브 구조물이다. 덧붙여, 복수의 송신기 코일 조립체(31)가 측벽(305) 및/또는 하부 플레이트(306) 내에 배치된다. 상기 커버링 부재(302)는 상기 본체(301)를 완전히 덮기 위한 박스 구조물이다. 특히, 차폐 구조물(34)의 제1 차폐 부분(341)이 본체(301)의 외부 표면 상에 부착되고, 차폐 구조물(34)의 제2 차폐 부분(342)이 커버링 부재(302)의 외부 표면 상에 부착된다. 본체(301)가 커버링 부재(302)에 의해 덮인 후, 상기 무선 충전 장치로부터의 전자파의 발산이 차폐 구조물(34)에 의해 막힌다. 결과적으로, 전자파는 본체(301)의 수용 공간(303)으로 수렴되어, 수용 공간(303) 내에서 적어도 하나의 전력 수신 장치(4)를 무선 충전할 수 있다. 이 환경에서, 무선 충전 효율이 증가된다.
상기의 기재로부터, 본 발명은 무선 충전 장치 및 무선 충전 시스템을 제공한다. 상기 무선 충전 장치는 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 무선으로 충전하기 위한 특정된 주파수 또는 복수의 주파수를 갖는 전자파를 발산할 수 있다. 덧붙여, 무선 충전 장치는 전자파의 발산을 억제하는 기능을 갖기 때문에, 사용자에게 미치는 전자파의 피해가 크게 감소된다. 덧붙여, 전자파가 비접촉 방식으로 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 충전하기 위한 충전 존(charging zone)으로 수렴되기 때문에, 무선 충전 장치의 충전 효율이 향상된다. 무선 충전 장치는 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 수용하기 위한 수용 공간을 가진다. 결과적으로, 수용 공간 내에 수용된 하나 또는 복수의 전력 수신 장치가 동시에 또는 서로 다른 때에 특정된 주파수 또는 복수의 주파수를 갖는 전자파에 의해 무선으로 충전될 수 있다. 덧붙여, 무선 충전 장치의 구조물이 단순하기 때문에, 제조 비용이 낮고 적용예와 편의가 확장된다. 덧붙여, 무선 충전 시스템은 무선 충전 장치 및 하나 또는 복수의 전력 수신 장치를 포함한다. 무선 충전 장치는 자기 공진(magnetic resonance) 또는 자기 유도(magnetic induction)에 따라 전력 수신 장치를 적응적으로 또는 선택적으로 충전할 수 있다.
본 발명이 현재 가장 실용적이고 선호되는 실시예라고 여겨지는 것과 관련하여 기재되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 국한될 필요는 없다. 이와 달리, 이본 발명은 이하의 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 유사한 배열을 커버하여 이러한 모든 수정 및 유사한 구조물을 포함하는 것으로 이해된다.
Claims (20)
- 적어도 하나의 전력 수신 장치를 무선 충전하기 위한 무선 충전 장치로서, 상기 무선 충전 장치는:
본체(main body)를 포함하는 케이스 - 상기 본체는 수용 공간 및 입구를 가지며, 적어도 하나의 전력 수신 장치가 상기 수용 공간 내에 수용됨 - ,
상기 본체 내에 배치되고 적어도 하나의 전력 수신 장치를 무선 충전하기 위한 적어도 하나의 특정된 주파수를 갖는 전자파를 발산하기 위한 적어도 하나의 송신기 코일 조립체 - 송신기 코일 조립체 각각은 AC 신호를 수신하여 전자파를 발산하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함함 - ,
본체의 외부 표면 상에 부착되거나 상기 본체 내에 배치된 차폐 구조물 - 상기 차폐 구조물은 송신기 코일 조립체의 안테나를 차폐하여 적어도 전자파의 발산을 차단함 -
을 포함하는, 무선 충전 장치. - 제1항에 있어서, 송신기 코일 조립체 각각은 가요성 기판, 발진 시작 안테나(oscillation starting antenna) 및 공진 안테나를 포함하고, 상기 발진 시작 안테나 및 공진 안테나가 가요성 기판의 2개의 대향하는 표면 상에 배치되며, 발진 시작 안테나는 AC 신호를 수신하며, 적어도 하나의 커패시터는 공진 안테나의 제1 단부와 제2 단부 사이에 연결되고, 전자파가 공진 안테나 및 발진 시작 안테나의 결합 효과에 응답하여 발산되는, 무선 충전 장치.
- 제2항에 있어서, 각각의 송신기 코일 조립체는
발진 시작 안테나를 덮는 제1 보호층, 및
공진 안테나를 덮는 제2 보호층을 더 포함하고,
차폐 구조물이 제1 보호층의 외부 표면 상에 부착되거나, 차폐 구조물이 제1 보호층과 발진 시작 안테나 사이에 배열되는, 무선 충전 장치. - 제2항에 있어서, 상기 가요성 기판은 광 경화성 접착 물질, 열 경화성 접착 물질, 경화성 접착 물질과 자기 물질의 혼합, 비닐 아세테이트-에틸렌 코폴리머 겔, 폴리이미드 겔, 고무 겔, 폴리올레핀 겔 또는 수분 경화성 폴리우레탄 겔로 만들어진 접착층인, 무선 충전 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 발진 시작 안테나는 제1 접착층을 통해 가요성 기판의 제1 표면 상에 고정되고, 공진 안테나는 제2 접착층을 통해 가요성 기판의 제2 표면 상에 고정되며, 제1 접착층과 제2 접착층 각각이 광 경화성 접착 물질, 열 경화성 접착 물질, 경화성 접착 물질과 자기 물질의 혼합, 비닐 아세테이트-에틸렌 코폴리머 겔, 폴리이미드 겔, 고무 겔, 폴리올레핀 겔 또는 수분 경화성 폴리우레탄 겔로 만들어진, 무선 충전 장치.
- 제2항에 있어서, 본체는 하부 플레이트 및 측벽을 갖는 중공 원통이며, 송신기 코일 조립체의 공진 안테나가 측벽 내에 나선형으로 감기고, 송신기 코일 조립체의 발진 시작 안테나가 하부 플레이트 내에 배치되는, 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서, 케이스는 커버링 부재(covering member)를 더 포함하고, 본체의 입구가 상기 커버링 부재에 의해 덮이는, 무선 충전 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 차폐 구조물은
송신기 코일 조립체를 보호하기 위한 본체의 외부 표면 상에 부착된 제1 차폐 부분, 및
커버링 부재의 외부 표면 상에 부착된 제2 차폐 부분을 포함하는, 무선 충전 장치. - 제7항에 있어서, 상기 본체는 하부 플레이트 및 측벽을 갖는 중공 원통 또는 중공 박스이며, 상기 커버링 부재는 상기 본체와 피봇 가능하게 연결되고, 적어도 하나의 송신기 코일 조립체가 본체의 측벽 내에 배치되는, 무선 충전 장치.
- 제9항에 있어서, 본체의 하부 플레이트 및 커버링 부재 각각 내에 배치된 추가 2개의 송신기 코일 조립체를 더 포함하는, 무선 충전 장치.
- 제7항에 있어서, 본체는 측벽 및 하부 플레이트를 포함하고, 본체의 상기 측벽 및 하부 플레이트가 합작하여 U자형 그루브 구조물로서 형성되며, 적어도 하나의 송신기 코일 조립체가 측벽 및/또는 하부 플레이트 내에 배치되며, 상기 본체는 커버링 부재에 의해 덮이는, 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서, 보호층을 더 포함하며, 상기 보호층은 차폐 구조물의 적어도 일부분을 덮는, 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 차폐 구조물은 금속망, 투자성 필름, 또는 금속망과 투자성 필름의 조합인, 무선 충전 장치.
- 제13항에 있어서, 금속망의 패턴은 복수의 망 유닛을 포함하며, 서로 십자형으로 교차하지 않는 모든 2개의 인접한 금속 라인은 지정 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 거리는 전자파의 파장보다 짧은, 무선 충전 장치.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 송신기 모듈을 더 포함하며, 적어도 하나의 송신기 모듈은 대응하는 송신기 코일 조립체와 전기적으로 연결되며, 각각의 송신기 모듈은:
전원과 전기적으로 연결되어 전원으로부터의 전기 에너지를 변환하기 위한 변환 회로,
상기 변환 회로와 전기적으로 연결되어 특정된 주파수를 갖는 AC 신호를 조절 가능하게 출력하기 위한 오실레이터,
상기 오실레이터 및 변환 회로와 연결되며 AC 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기, 및
전력 증폭기와 연결되어 AC 신호를 필터링하고 필터링된 AC 신호를 대응하는 송신기 코일 조립체로 출력하기 위한 필터링 회로를 포함하는, 무선 충전 장치. - 무선 충전 시스템으로서, 상기 무선 충전 시스템은:
본체를 포함하는 케이스 - 상기 본체는 수용 공간 및 입구를 가짐 - ,
본체 내에 배치되고, 적어도 하나의 특정된 주파수를 갖는 전자파를 발산하기 위한 적어도 하나의 송신기 코일 조립체 - 각각의 송신기 코일 조립체는 AC 신호를 수신하여 전자파를 발산하기 위한 적어도 하나의 안테나를 포함함 - , 및
본체의 외부 표면 상에 부착되거나 상기 본체 내에 배치된 차폐 구조물 - 상기 차폐 구조물은 송신기 코일 조립체의 안테나를 차폐하여 적어도 전자파의 발산을 막음 -
을 포함하는 무선 충전 장치, 및
케이스의 수용 공간 내에 수용된 적어도 하나의 전력 수신 장치 - 각각의 전력 수신 장치는 수신기 코일 조립체를 포함하고, 수신기 코일 조립체는 수신기 코일 조립체와 대응하는 송신기 코일 조립체의 결합 효과에 응답하여 무선 충전 장치로부터의 전기 에너지를 수신함 -
를 포함하는, 무선 충전 시스템. - 제16항에 있어서, 무선 충전 장치의 각각의 송신기 코일 조립체는 가요성 기판, 발진 시작 안테나(oscillation starting antenna) 및 공진 안테나를 포함하고, 상기 발진 시작 안테나 및 공진 안테나가 가요성 기판의 2개의 대향하는 표면 상에 배치되며, 발진 시작 안테나는 AC 신호를 수신하며, 적어도 하나의 커패시터는 공진 안테나의 제1 단부와 제2 단부 사이에 연결되고, 전자파가 공진 안테나 및 발진 시작 안테나의 결합 효과에 응답하여 발산되는, 무선 충전 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 전력 수신 장치의 수신기 코일 조립체와 상기 무선 충전 장치의 송신기 코일 조립체는 동일한 구조를 갖는, 무선 충전 시스템.
- 제16항에 있어서, 각각의 전력 수신 장치는 수신기 모듈을 더 포함하고, 수신기 모듈은 대응하는 수신기 코일 조립체와 연결되어 수신기 코일 조립체에 의해 수신된 전기 에너지를 변환하며, 상기 수신기 모듈은:
수신기 코일 조립체와 전기적으로 연결되어 수신기 코일 조립체로부터 AC 신호를 필터링하기 위한 필터링 회로,
필터링 회로와 전기적으로 연결되어 AC 신호를 정류된 DC 전압으로 변환하기 위한 정류 회로,
상기 정류 회로에 전기적으로 연결되어 정류된 DC 전압을 정격 전압 값을 갖는 안정화된 DC 전압으로 안정화하기 위한 전압 안정기, 및
전압 안정기 및 부하와 전기적으로 연결되어 안정된 DC 전압을 조정된 DC 전압으로 조절하고 조정된 DC 전압을 부하로 제공하기 위한 DC 전압 조절 회로
를 포함하는, 무선 충전 시스템. - 제16항에 있어서, 무선 충전 장치는 제어기를 더 포함하며, 상기 전력 수신 장치는 자기 공진 또는 자기 유도에 따라 제어기의 제어 하에서 무선 충전 장치에 의해 무선으로 충전되는, 무선 충전 시스템.
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