KR20170128560A - 스마트폰 용 무선 안테나 코일 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 에너지를 수신 받을 수 있는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터를 수신 받을 수 있는 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 매칭파트 및 MSM(제어부)이 더 구비되며, 각각의 코일에는 상기 매칭파트가 각각 연결되고 상기 매칭 파트는 각각 해당되는 MSM(제어부)에 연결되며, 상기 무선 데이터 수신 코일은 2 개 이상이며, 상기 두 개의 코일은 서로 코일선의 두께가 다르며, 코일선과 코일선 사이의 간격이 다르고 코일의 턴 수가 다르므로서, 면적이 좁은 스마트폰의 면적에서 적어도 3 종류 이상의 안테나 코일을 적은 면적을 사용하여 장착할 수 있도록 하고, 상기 3 종류 이상의 안테나 코일을 가장 최소화된 부품으로 제어할 수 있도록 하며, 또한 무선 충전을 하는 중간에라도 데이터를 주고 받을 수 있는 방법도 제시하게 된다.
Description
본 발명은 스마트폰 용 무선 안테나 코일에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선으로 에너지를 수신 받는 안테나 코일과 무선으로 데이터를 수신 받는 안테나 코일이 모두 구비된 스마트폰에서, 상기 안테나 코일 들을 효과적으로 장착하고 제어하기 위한 기술을 제공하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일에 관한 것이다.
전자기기에서 무선 송, 수신부가 구비되어 무선충전이 이루어지는 기술이 개발되고 있는 실정이다. 최근의 이동통신단말기는 다양한 형태로 개발되고, 이에 따라 다양한 전원충전기의 형태만큼 다양한 충전잭이 있었다. 이에 따른 충전기의 호환성 문제가 부각되었으나 이러한 충전잭들은 24핀 충전잭으로 표준화되어 이용자들에게 충전기간의 호환성 문제를 해결하였다.
하지만, 이는 여전히 충전기와 기기 간 유선케이블을 통해 충전이 이루어지기 때문에 거리의 제약으로 인해 이용자들에게 상당한 번거로움과 불편함을 주고 있다. 또한, 충전기 하나로 다수개의 단말기를 충전하는 경우, 충전기와 단말기잭의 수동적인 착탈로 인한 번거로움과 연결부의 마모나 훼손으로 인해 단말기에 손상이 가해질 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 무선 충전 뿐 아니라 스마트폰을 통한 결재나 정보 제공 등 다양한 종류의 데이터와 정보들도 근거리 통신을 통하여 주고 받게 되는 실정이다. 근거리로 정보를 주고 받는 일반적인 방법으로는 NFC가 있으며, NFC는 전자태그(RFID)의 하나로 13.56Mz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술을 말한다. NFC는 결제뿐만 아니라 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치 등에 광범위하게 활용된다.
물론, 근거리로 정보를 주고 받는 통신 방법은 상기 NFC 방식만을 한정하는 것은 아니며 여러 방식이 존재할 수 밖에 없게 된다,
즉, 다양한 무선 충전 방식과 다양한 근거리 통신 방식이 존재하고, 스마트폰의 다 기능화에 따라, 무선 충전 기능은 물론 다양한 방식의 근거리 통신 기능도 채용할 수가 있게 된다. 하지만 그렇게 되면서 다양한 안테나 코일들을 효과적으로 제어하도록 하는 부품의 구조의 제어 알고리즘이 필요하게 된다.
물론, 선행기술 1(대한민국 등록특허 10-0928439)은 “제1상부코어(코일)와 제2상부코어 사이에 위치되도록 구비되며, 컨트롤부는 무접점전력수신장치로부터 전송되는 신호가, 상기 저부코어, 제1상부코어, 제2상부코어중 어느 코어로 수신되는지를 판별하고, 판별결과에 대응하여 해당 코어를 통해 전력신호를 전송제어하는 것”을 제시하고,
또한, 선행기술 2(대한민국 등록특허 10-1279856)는 “비접촉식 자기유도를 이용하여 전력 에너지를 수신하는 무선전력 수신 코일과, 상기 무선전력 수신 코일로부터 수신된 전력 에너지를 정해진 전압으로 출력하는 부품을 포함하는 무선 충전 시스템용 수신기에 있어서, 한 장의 페라이트 시트와, 상기 페라이트 시트의 외곽 영역에 결합 설치되는 NFC 코일과, 상기 무선전력 수신 코일은 상기 NFC 코일이 형성되고 남는 내측 영역에 상기 NFC 코일과 이격 거리를 유지하면서 전기적으로 상호 절연 상태로 상기 페라이트 시트와 결합 설치되며, 상기 NFC 코일을 통해 수신되는 데이터 회로 경로와, 상기 무선전력 수신 코일을 통해 수신된 전력 에너지가 전달되는 회로 경로는 전기적으로 상호 분리되며, 상기 페라이트 시트, 상기 NFC 코일 및 상기 무선전력 수신 코일은 일체화되어 휴대가 가능한 휴대 단말기에 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템용 수신기.”를 제시한다.
그러나 상기의 특허는 서로 기능이 다른 안테나 코일을 한번에 제어하고 최적화할 수 있는 배치 방법이나 부품의 방법을 제기한 것은 아니다.
따라서, 복합 기능도 가지면서 최적의 설계 조건을 가지는 무선충전 방식의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 무선 전력 에너지를 수신 받을 수 있는 안테나 코일과 무선 데이터를 수신 받을 수 있는 안테나 코일이 모두 스마트폰에 장착되어 있을 때, 좁은 스마트폰의 영역에서 효과적으로 상기 안테나 들이 배치되도록 하고, 여러개의 상기 안테나를 효과적으로 제어할 수 있는 알고리즘과 상기 알고리즘을 수행할 수 있는 부품을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적은, 무선 에너지를 수신 받을 수 있는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터를 수신 받을 수 있는 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 매칭파트 및 MSM(제어부)이 더 구비되며, 각각의 코일에는 상기 매칭파트가 각각 연결되고 상기 매칭 파트는 각각 해당되는 MSM(제어부)에 연결되며, 상기 무선 데이터 수신 코일은 2 개 이상이며, 상기 두 개의 코일은 서로 코일선의 두께가 서로 다르며, 상기 두 개의 코일은 코일선과 코일선 사이의 간격이 서로 다르고, 상기 두 개의 코일은 코일의 턴 수가 서로 다름으로서 달성된다.
그리고, 무선 충전 제어 명령이 실시되거나 무선 에너지 수신 코결된 매칭 파트가 매칭되면 무선 충전 정보를 무선 충전기에 송신하고, 무선충전기에 송신되는 정보는 밧테리 충전 잔량이며, 상기 각각의 MSM을 하나로 통합하여 하나의 MSM이 구비된다.
또한, 무선 에너지를 수신 받을 때, 무선 데이터를 수신 받게 되면 무선 에너지의 수신이 종료되거나 무선 에너지 수신의 세기가 줄어들고, 무선 데이터를 수신 받을 때 중요도가 더 높은 무선 데이터를 수신 받게 되면, 수신 받던 무선 데이터의 수신은 중지되고 중요도가 높은 무선 데이터가 수신된다.
한편, 상기 MSM 은 스마트폰 메인칩으로 대체된다.
본원발명의 또 다른 실시예로서, 무선 전력 에너지를 수신 받을 수 있는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터를 수신 받을 수 있는 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 상기 무선 데이터 수신 안테나 코일은 2 개 이상이며, 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일에는 각각 연결선이 구비되고, 상기 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일은 하나의 멀티 코일 필름에 장착되고, 상기 멀티 코일 필름은 상단의 멀티 코일 필름과 아래의 멀티 코일 필름으로 구비되며, 상기 멀티 코일 필름 아래에는 점착층이 구비된다.
그리고, 상기 아래의 코일 필름층에는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 상단의 코일 필름층에는 연결선이 만들어지고, 페라이트 필름층과 방열 필름 층이 더 구비된다.
아울러, 상기 페라이트 필름층에 자성체 층이 코팅되어 형성되고 방열 필름 층에는 방열 층이 코팅되어 형성되고, 상기 방열필름층 하단의 점착층은 열전도 점착층이며, 상기 페라이트 필름 하단에 점착층이 형성된다.
또한, 스마트폰 하부 케이스에 무선 에너지 수신 안네나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일의 연결 단자가 구비된다.
본 발명에 따르면, 면적이 좁은 스마트폰의 면적에서 적어도 3 종류 이상의 안테나 코일을 적은 면적을 사용하여 장착할 수 있도록 하고, 상기 3 종류 이상의 안테나 코일을 가장 최소화된 부품으로 제어할 수 있도록 하며, 또한 무선 충전을 하는 중간에라도 무선 데이터를 주고받을 수 있는 방법도 제시하게 된다.
도 1은 본 발명의 안테나 코일을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 2는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일의 특성을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 3과 도 4는 무선에너지를 수신하는 회로와 무선 데이터를 수신하는 회로를 나타내는 실시예의 도면이다.
도 5내지 도 7은 본원 발명의 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 8은 무선 충전중인 스마트폰에서 화면을 통하여 정보를 제어할 수 있음을 보이는 실시예의 도면이다.
도 9는 무선으로 에너지 혹은 데이터를 수신 받는 흐름도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 10내지 도 14는 무선으로 에너지 혹은 데이터를 수신 받았을 때 실행되는 구체적인 실행 흐름도이다.
도 15내지 도 18은 본원 발명의 멀티 안테나 코일의 배치 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 19와 도 20은 무선 안테나 안테나 코일에 구비되는 또 다른 기능성 필름층을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 21과 도 22는 멀티 코일 필름의 최소화 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 23은 스마트폰 케이스 후면에 장착된 연결 단자를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 24는 코일이 구비되는 본원 발명의 또 다른 실시예의 도면이다.
[부호의 설명]
51 : 무선 데이터 수신 안테나 코일
52, 53 : 무선 에너지 수신 안테나 코일
10 : MSM(제어부) 51 : 무선 데이터 수신 안테나 코일
51-1 : 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일
51-1 : 제 2 무선 데이터 수신 안테나 코일
52 : 무선 에너지 수신 안테나 코일
52-1 : 제 1 무선 에너지 수신 안네나 코일
52-2 : 제 2 무선 에너지 수신 안테나 코일
14 ; 스위치 10a : DC 정류기
12 : DC 정전압 충전 회로 15 ; 차징파트
16 : 무선 충전기 통신 모듈 17 : Matching part
20 : MSM(제어부) 60 : 밧테리
21-1, 21-2 : 제 1,2 Matching part
100 ; 스마트폰 110 : 스마트폰 main CPU
130 : 입력창 150 : 충전기
도 2는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일의 특성을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 3과 도 4는 무선에너지를 수신하는 회로와 무선 데이터를 수신하는 회로를 나타내는 실시예의 도면이다.
도 5내지 도 7은 본원 발명의 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 8은 무선 충전중인 스마트폰에서 화면을 통하여 정보를 제어할 수 있음을 보이는 실시예의 도면이다.
도 9는 무선으로 에너지 혹은 데이터를 수신 받는 흐름도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 10내지 도 14는 무선으로 에너지 혹은 데이터를 수신 받았을 때 실행되는 구체적인 실행 흐름도이다.
도 15내지 도 18은 본원 발명의 멀티 안테나 코일의 배치 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 19와 도 20은 무선 안테나 안테나 코일에 구비되는 또 다른 기능성 필름층을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 21과 도 22는 멀티 코일 필름의 최소화 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 23은 스마트폰 케이스 후면에 장착된 연결 단자를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 24는 코일이 구비되는 본원 발명의 또 다른 실시예의 도면이다.
[부호의 설명]
51 : 무선 데이터 수신 안테나 코일
52, 53 : 무선 에너지 수신 안테나 코일
10 : MSM(제어부) 51 : 무선 데이터 수신 안테나 코일
51-1 : 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일
51-1 : 제 2 무선 데이터 수신 안테나 코일
52 : 무선 에너지 수신 안테나 코일
52-1 : 제 1 무선 에너지 수신 안네나 코일
52-2 : 제 2 무선 에너지 수신 안테나 코일
14 ; 스위치 10a : DC 정류기
12 : DC 정전압 충전 회로 15 ; 차징파트
16 : 무선 충전기 통신 모듈 17 : Matching part
20 : MSM(제어부) 60 : 밧테리
21-1, 21-2 : 제 1,2 Matching part
100 ; 스마트폰 110 : 스마트폰 main CPU
130 : 입력창 150 : 충전기
이하, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템용 수신부의 설계 구조에 대해 상세히 설명한다.
즉, 이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
아울러, 본 발명의 설명에 통상의 기술이 적용될 때에는 통상의 기술에 대한 상세 설명을 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 안테나 코일을 나타낸 실시예의 도면이다.
도면에서 기판은 도시 생략하였지만, 플렉서블 수지 기판 혹은 통상의 기판(예를들면 피씨비, 플라스틱 혹은 금속 기판)에 본원 발명의 멀티 안테나 코일이 구비됨은 당연하다. 도면에서처럼 외각 부분에 무선으로 데이터를 수신할 수 있는 무선 데이터 수신 코일(51-1)(51-2)이 2개 구비되고, 상기 무선 데이터 수신 코일 내부(51-1)(51-2)에는 무선으로 에너지를 수신 받을 수 있는 무선 에너지 수신 코일(52)이 구비된다.
그리고, 일반적으로는 가장 커서 최 외곽에 위치한 무선 데이터 수신 코일(51-1)이 NFC 코일일 수 있지만, 필요에 따라서는 바로 안쪽에 위치한 무선 데이터 수신 코일(51-1)이 NFC 코일일 수 있다.
또한, 상기 안테나 코일(52)(51-1)(51-2)은 구리 같은 전기선 형태의 코일을 직접 감아서 스파이럴(Spiral) 코일의 형태로 구비하거나, 기판에 박막(증착이나 인쇄 코팅 후 식각 공정을 통해 형성된 박막 형태의 코일)형태로 구비된다.
따라서, 본 발명에서 기판이라고 함은 안테나 코일을 코팅하여 형성하기 위한 베이스 기판(피씨비 혹은 금속 혹은 수지등의 기판)일 수도 있고, 단지 안테나 코일을 지지하기 위한 기판일 수도 있다. 이때 안테나 코일을 지지하는 기판이라는 것은 스파이럴 코일을 판(금속, 수지이나 수지등으로 된 따딱하거나 플렉서블한 판)에 고정하기 위한 단순한 의미의 기판일 수도 있음은 당연하다. 즉, 스파이럴 코일을 기판에 테이프나 접착재로 붙이는 형태가 될 수가 있는 것이다.
또한, 상기 각각의 코일에는 인출선(52a)(52b)(51-1a)(51-2a)이 각각 구비되어 외부 회로와 연결되므로서 전기 회로를 형성하게 된다.
도 2는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일의 특성을 나타낸 실시예의 도면이다.
무선 에너지 수신 안테나 코일(52)의 턴(Turn) 수는 무선 데이터 수신 안테나 코일의 턴 수 보다 많게 된다. 여기서 턴(Turn) 수는 안테나 코일(52)(51-1)(51-2)을 만들기 위하여 코일을 원형 혹은 타원형의 모양으로 감은 횟수를 의미한다.
그리고, 2개의 무선 데이터 수신 안테나 코일의 턴 수는 서로 다르다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 코일(52)(51-1)(51-2)을 구성하는 도전체 코일을 코일선(도면에서 coli line 으로 표시)이라고 할 때, 상기 코일선(도면에서 coli line 으로 표시) 두께(W)와 코일선(L1)과 코일선(L2) 사이의 간격은 안테나 코일(52)(51-1)(51-2) 끼리 각각 서로 다르다.
즉, 무선 데이터 수신 안테나 코일 중에서도 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)의 코일선의 두께(W)는 제 2 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-2)의 코일선의 두께(W)와 다르게 설계 되어야 한다. 따라서 각각 턴 수도 다르게 설계되고,
한편, 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)의 코일선과 코일선 사이의 간격(G)은 제 2 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-2)의 코일선과 코일선 사이의 간격(G)은 다르게 된다.
제1 무선 데이터 코일이 수신하여야 하는 전지장의 종류와 세기는 제2 무선 데이터 코일이 수신하여야 하는 전기장의 종류와 세기와 다르기 때문이다.
한편, 본 발명에서는 멀티 코일을 제공하게 되며, 필요에 따라서는 상호 신호를 주고 받는 통신 모듈인 지그비(Zigbee), 각각의 신호와 부품을 정해진 프로그램에 의해 제어하는 제어부 및 전압 혹은 전력을 최종적인 스마트폰 등의 밧데리 전압에 맞도록 하여 주는 컨버터가 구비된다. 이때, 상기 컨버터는 상황에 따라 전압을 높이거나 낮추는 역할을 할 수 있고, 마찬가지로 전력량을 높이거나 낮출 수 있는 것이다.
아울러, 도 1에서는 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)이 하나만 구비되어 있는 것으로 도면이 그려져 있으나, 무선 에너지 수신 안네나 코일도 2 종류가 구비될 수가 있다. 만일 그렇게 되면 무선 에너지 수신 안테나 코일과 관련된 매칭 파트도 2 개가 필요하게 된다, 예를들어, WPC(무선 에너지 전달 방식의 하나) 방식 매칭 파트(Matching Part)와 KTP(무선 에너지 전달 방식의 하나) 방식 매칭 파트(Matching Part)가 각각 구비된다는 것이다.
즉, 각각의 안테나 코일(Coil)(52)(51-1)(51-2)의 인덕턴스(inductance)값은 서로 다르며, 따라서 각각의 인덕턴스에 맞게 매칭을 하는 것이 매칭 파트의 기능이다.
도 3과 도 4는 무선에너지를 수신하는 회로와 무선 데이터를 수신하는 회로를 나타내는 실시예의 도면이다.
도 3은 수신부를 나타내는 도면으로, 각각의 신호와 부품을 정해진 프로그램에 의해 제어하는 제어부(10) 및 전압 혹은 전력을 최종적인 스마트폰(100)(본원 발명에서는 스마트폰이라고 하였으나 통상의 휴대용 단말기를 의미한다.) 등의 밧데리 전압에 맞도록 하여 주어 충전하는 충전회로(12)가 구비된다. 그리고, 교류를 직류로 바꾸어 주는 정류기(10a)도 구비된다.
한편, 본 발명의 특징으로는 안테나 코일의 주파수 값 등을 감지하는 센서(13)가 구비된다, 이때, 반드시 주파수 값을 감지하는 것에 한정되지는 않는다. 전류, 임피던스, 캐퍼서티, 전압 등도 측정할 수 있다.그리고, 상기 센서(13)에 의해 감지된 코일의 주파수 값을 MSM(제어부)(10)가 감지하게 되면, 상기 감지된 주파수 값에 맞는 충전 방식(예를들면 KTP 방식 혹은 WPC 방식)을 선택할 수 있게 된다.
본 발명에서는 스위칭 소자(S/W)(14)에 의해 충전 방식에 맞는 코일을 선택하게 된다. 아울러, 무선충전 수신기 시스템에는 도 3에 도시된 부품 이에외 통상의 다른 부품도 구비될 수 있지만, 본 발명의 직접적인 설명과 관련 없는 것은 생략하였다.
실제로, 충전 WPC 방식과 자기 공명 방식은 최적의 충전 조건이 되는 거리(송신 코일과 수신 코일의 거리)가 다르게 된다. 따라서, 본 발명에 의해 송신 코일과 수신 코일의 거리에 따라 자동으로 최적의 충전 방식이 선택되게 된다. 이때 스위칭 소자(14)를 통해 제어될 수 있지만, MSM(제어부)(10)가 직접 스위칭 제어를 할 수 있음은 물론이다.
도 4는 무선 데이터 수신 안테나 코일과 무선 에너지 수신 안테나 코일의 회로를 나나탠 실시예의 도면이다.
일반적으로 무선 데이터 수신 안테나 코일(51)(도 1에서는 51-1 혹은 51-2이 해당됨.)은 on 상태를 유지하게 된다. on 상태를 유지한다는 것은 무선 데이터 수신 안테나 코일(51)을 제어하는 모듈이 항시 연결되어 있다는 것을 의미한다.
그러나, 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)이 무선 전력 수신 에너지를 수신하게 되면, 무선 데이터 수신 안테나 코일은 off 상태를 유지하게 된다. 이때, off 상태를 유지한다는 것은 무선 데이터 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일을 제어하는 모듈의 연결이 차단된다는 것을 의미한다.
무선 에너지 수신 코일(52)에서 수신된 에너지가 스마트폰의 밧테리(60)에 공급되는 과정은 앞의 실시예와 비슷하다.
다만, 무선 데이터 수신 안테나 코일을 통해 수신되는 데이터가 별도의 경로를 통하여 스마트폰(휴대단말기)의 메인 제어부(Main CPU)(110)에 전달되게 된다.
도면에서처럼 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)과 무선 데이터 수신 안테나 코일(51)이 구비되며, 상기 두개의 코일은 회로적으로 분리되게 된다. 따라서, 무선 에너지 수신부를 제어하는 MSM(제어부)(10)와 무선 데이터 수신 안테나 코일(51)을 제어하는 무선 데이터 수신 MSM(제어부)(20)은 별도로 구비된다. 이때 별도로 구비된다는 것은 기능을 분리한다는 것을 의미하며 따라서 에너지 수신 MSM(제어부)(10)와 데어터 수신 MSM(제어부)(20)을 별도 부품으로 할 수도 있고, 하나의 부품에서 기능을 구별할 수 있다.
그러므로, 두 경로로 구분된다는 정확한 의미는 안테나 코일(52)에서 MSM(제어부)(10)까지의 연결 경로와 무선 데이터 수신 코일(51)에서 MSM(제어부)(20)까지의 연결 경로를 상호 분리된 다는 것이다. 상기 무선 데이터 수신MSM(제어부)(20)은 무선 데이터 수신 Transmission모듈을 의미하고, 또한, 상기 무선 데이터 수신 Transmission 모듈에는 아날로그 인터페이스(Analogue Interface), R/F Level Interface, Card Mode Detecter 등으로 구성되며, 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송할 수 있도록 하는 기능을 한다.
일반적으로 무선 데이터 수신에는 NFC가 포함되며, NFC는 전자태그(RFID)의 하나로 13.56Mz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술을 말한다. NFC는 결제뿐만 아니라 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치 등에 광범위하게 활용된다.
그리고, 스위치(14)를 더 구비하며, 상기 스위치는 코일을 제어하는 MSM(제어부)(10)의 제어로 연결을 차단할 수 있고, 상기 스위치(14)에 의해 연결이 차단되게 되면 무선 데이터 수신 안테나 코일(51)의 기능은 정지되게 된다.
결과적으로, 무선 에너지 수신 코일을 상기 MSM(제어부)(10)가 제어하여 무선 에너지 수신를 수신하게 되면, 상기 MSM(제어부)(10)는 스위치를 차단하여, 무선 데이터 수신 기능을 정지하게 한다는 것이다.
한편, 무선 에너지를 수신 받게 될 경우 무선 데이터 수신 기능을 정지하게 되는 방법은 본 발명에서 제시하는 방법 이외에 다른 방법도 가능할 수 있다. 가장 중요한 것은 상기 MSM(제어부)(10)가 무선 데이터 수신 코일(51)을 제어하면 무선 데이터 수신 기능을 정지하는 제어 명령을 수행한다는 것이다.
하지만, 본원 발명의 도 7의 실시예에서 제시하는 스마트폰 Main CPU(110)가 상기의 스위칭 제어를 할 수 있고 또한 본원 발명의 도 6에서 제시하는 MSM(제어부)이 상기의 스위칭 제어를 할 수 있음은 당연하다.
도 5내지 도 7은 본원 발명의 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 에너지 수신 안네나 코일(52)과 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2) 각각에 매칭 파트(본원 발명의 앞의 실시예에서 매칭 파트에 대한 설명이 되었다.)(17)(21-1)(21-2)가 연결되어 있으며, 상기 매칭 파트에는 또한 MSM(제어부)(MSM1)(MSM2)(MSM3)(10)(20-1)(20-2)가 연결되어 있다.
여기서 제1 무선 데이터 수신과 연결된 매칭 파트는 제 1 매칭파트(MP2)(21-1), 제1 무선 데이터 수신과 연결된 MSM(제어부)는 제 1 MSM(MSM2)(20-1)이다. 그리고, 여기서 제2 무선 데이터 수신과 연결된 매칭 파트는 제 2 매칭파트(MP3)(21-2), 제2 무선 데이터 수신과 연결된 MSM(제어부)는 제 2 MSM(MSM3)(20-2)이다.
이때, 상기 MSM(제어부)은 제어부 기능을 하는 부품이므로, 미리 정해진 알고리즘에 의하여 기능을 수행하게 된다, 즉, 무선 에너지 수신 코일(52)와 연결된 연결선(52a-1)에서 연결된 매칭 파트(17)가 무선 에너지 수신을 감지하면 상기 메칭파트와 연결된 MSM(제어부)(10)는 정해진 알고리즘에 의하여 무선 충전 기능을 수행하게 된다.
마찬가지로, 무선 데이터 수신 안테나 코일와 연결된 연결선(51-1a)(51-2a)에서 연결된 매칭 파트(21-1)(21-2)가 무선 에너지 수신을 감지하면 상기 메칭파트와 연결된 MSM(제어부)(20-1)(20-2)는 정해진 알고리즘에 의하여, 수신된 데이터를 근거로 한 제어 기능을 수행하게 된다.
그리고, 제1 무선 수신 안테나 코일과 연결된 연결선(51-1a)에서 제 1 MSM(제어부)(20-1)까지의 경로와 제2 무선 수신 안테나 코일과 연결된 연결선(51-2a)에서 제 2 MSM(제어부)(20-2)까지의 경로는 전기적으로 서로 분리된다.
도 6은 무선 에너지 수신용 MSM(제어부)과 무선 데이터 수신용 MSM(제어부)을 하나로 만든 일체화된 MSDM(30)을 나타낸 실시예의 도면이다. 즉 기능은 다르지만 하나의 원집으로 각각의 기능을 수행할 수가 있다.
즉, 도 6의 MSDM(제어부)(30)는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 제 1, 2 무선 데이터 수신 안테나 코일을 모두 제어한다는 것이다.
도 7은 본원 발명의 멀티 안테나가 구비된 스마트폰을 구성하는 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.
한편, 무선으로 수신된 데이터의 종류에 따라 수신된 데이터를 저장하거나 디스플레이에 표시하거나 또 다른 서버에 전송할 수 있도록 하는 알고리즘을 수행할 수도 있다는 것이다. 그리고, 이러한 기능은 MSM(제어부)(10)(20-1)(20-2)(30)으로부터 정보를 전송 받아 스마프폰의 메인 CPU(110)에서 실행하게 된다. 그리고, 스마트폰은 일반적으로 통신부(114), 디스플레이(112). 입력장치(113) 및 메모리부(111) 등으로 구성되며, 상기의 부품은 통상적으로 사용되는 기능을 가지게 된다.
또한, 스마프폰의 메인 CPU(110)가 MSM(제어부)(10)(20-1)(20-2)(30)의 기능을 할 수 있도록 설계될 수도 있다.
도 8은 무선 충전중인 스마트폰에서 화면을 통하여 정보를 제어할 수 있음을 보이는 실시예의 도면이다.
즉, 충전기(150)위에서 무선으로 충전중인 스마트폰에서, 스마트폰의 디스플레이(112) 상단에 구비된 입력장치(113)를 통하여 정보를 입력하므로서, 무선으로 데이터를 수신 받을 수 있는 무선 데이터 수신 코일(51-1)(51-2)의 제어를 실시할 수가 있게 된다.
도 9는 무선으로 에너지 혹은 데이터를 수신 받는 흐름도를 나타낸 실시예의 도면이다.
스마트폰 기능이 시작되고, 무선 데이터 혹은 무선 에너지를 수신 받게 되면 본원 발명의 앞의 실시예에 따라 매칭 파트가 동작되고, MSM(제어부)이 동작되며, MSM(제어부)은 정해진 알고리즘을 수행하게 된다.
즉, 무선 에너지 수신시 주파수 특성 값과 무선 데이터 수신시 주파수 특성 값에 맞는 매칭 파트가 선택되고, 선택된 매칭 파트와 연결된 MSM(제어부)가 동작된다는 것이다. 예를들어 제 1 무선 데이터 수신 안테나의 주파수 특성에 맞는 무선 데이터가 수신되어 제 1 매칭파트가 여기되면 제 1 MSM(제어부)(MSM2)(20-1)가 제어 동작을 수행한다.
도 10내지 도 14는 무선으로 에너지 혹은 데이터를 수신 받았을 때 실행되는 구체적인 실행 흐름도이다.
도 10는 전체적인 흐름도를 나타낸 실시예의 도면이다.
스마트폰이 작동되고, 무선 데이터 혹은 무선 에너지를 수신 받으면 수신된 에너지 혹은 수신된 데이터에 맞는 매칭 파트가 선택이 된다.(S 220 - S 224)
즉, 무선 에너지 수신이거나 혹은 무선 데이터 수신이거나 구별하지 않고 사용자는 스마트폰을 그대로 가져다 되기만 하면 자동으로 무선 에너지 수신도 되고 무선 데이터 수신도 될 수 있다는 근거가 되는 알고리즘의 첫 단계이다.
사용자가 스마트폰을 무선 충전기에 가져다 대면 무선 충전이 수행되고, 무선 데이터 전송 기기에 가져다 대면 무선 데이터 수신이 된다는 것이며, 미리 무선 충전 에너지 수신 및 무선 데이터 수신을 지정할 필요가 없다는 것이다. 물론 상기의 기능 수행을 위해서는 무선 충전 혹은 무선 데이터 수신이 대기 상태(on 상태)일 경우이다.
그리고, 매칭 파트의 동작에 의하여 무선 데이터 수신이 아닌 경우에는 무선 에너지 수신 단계가 수행되고(228), 무선 데이터 수신인 경우에는 서버와 연결되는 데이터가 아니면 무선 데이터 수신 단계를 진행하게 된다.(232)
또한, 서버와 연결되는 무선 데이터 수신이라면 정해진 알고리즘에 의하여 서버와 데이터를 송수신 하게 된다.(S 234) 또한, 상기 알고리즘의 수행이 종료되면 전체적인 단계는 종료된다.(S236 - S 238)
여기서 서버와 연결된다는 것은 본원 발명의 스마트폰이 유무선 인터넷 연결망을 통하여 서버와 연결되는 통상의 연결 방법을 의미한다.
도 11과 도 12는 도 10의 실시예에서 228단계에 해당되는 무선 에너지 수신 단계를 나타내는 실시예의 도면이다.
일반적으로, 무선 충전 시스템이 전력 에너지를 송전하는 송신부와 전력에너지를 수신하는 수신부로 구성되고, 수신부에서 전력 에너지 송신을 요청하는 신호를 송신부에 보내게 되면, 일정 신호를 수신하기 위해 주기적으로 센서가 구동되는 송신부는 충전 요청신호가 감지되고, 충전 신호를 수신부에 보내게 된다. 즉, 이러한 일반적인 과정을 통하여 수신부에서 근거리 통신 모듈(지그비등 다양한 방식 가능)을 통해 받은 신호는 MSM(제어부)(10)에 보내지고, 상기 제어부(10)는 정해진 방법에 의해 송신부와 상호 신호 교환을 하는 것이다.(150 - 152 단계)
그리고, 정해진 방법에 의해 상호 통신 신호를 교환한 다음 전력 너지를 수신 받게 된다.(153 단계) 이때, 본 발명에서는 서로 다른 방식의 전력 너지를 송신 받을 수 있는 설계 구조를 제공한다.
즉, 상호 근거리 통신신호를 근거로 송신부의 방식을 분별할 수 있다면, 해당되는 매칭 파트가 선택이 되어 활성화 되고, 결국 상기 매칭 파트와 연결된 코일이 활성화 되게 된다. (154 단계 와 160 단계)
결과적으로 상기 MSM(제어부)(10)가 선택한 매칭 파트와 연결된 안테나 루프 코일을 통해 전력 에너지가 수신된다는 것이다. 즉, 상호 근거리 통신 신호에 방식을 구별할 수 있는 신호가 포함될 수 있고, 방식이 구별되게 되면 해당되는 매칭 파트가 바로 선택될 수 있다는 것이다. (도 11에서 154단계에서 바로 160단계로 진행할 수 있다는 것이다.)
한편, 근거리 통신 신호를 통해 방식을 선택할 수 없으면, 송신부에서 보내는 무선 전력 에너지의 크기 값 분석을 통해 방식을 선택할 수가 있다. (156 단계 - 158 단계) 무선 에너지 충전 방식은 그 방식에 따라 전압, 주파수, 임피이던스 혹은 인덕턴스 값이 다르며, 상기 값들을 분석하여, 어떠한 방식인가를 판별하게 된다. 그리고, 이러한 판별은 이미 정해진 방법에 의해 제어부(10)에서 판별하게 된다. 그리고 판별이 끝나면 해당되는 매칭 파트를 선택하게 된다.(160 단계)
제어부(10)에서 상기의 판단이 가능한 이유는 미리 각 방식에 대한 특징 값이 제어부(10) 혹은 메모리(본 발명에서는 따로 언급되지 않았지만 정해진 알고리즘을 수행하기 위해서는 메모리 소자가 구비되었음은 당연하다.) 저장되고, 상기 저장된 값을 근거로 어떠한 방식인가를 판단하게 되는 것이다.
해당되는 매칭 파트가 선택되어 활성화되면, 해당되는 코일도 활성화되어 무선 전력 에너지를 수신 받게 된다. (162 단계 - 164 단계) 무서 에너지 수신 코일(52)을 통해 무선 전력 에너지를 수신 받으면, 제어부(10)를 통해 컨버터가 제어되어 최종적으로 밧데리가 충전될 수 있는 전압 5V가 만들어지게 되어, 밧데리가 충전되는 것이다.(166 단계)
즉, MSM(제어부)(10)는 선택된 방식에 따라 컨버터가 변환해 주어야 하는 비율이 정해지고, 그 비율에 맞게 전압이나 전력을 변환하여 최종적으로 출력을 하는 것이다.(168 단계) 그리고 최종 전압은 출력되어 밧테리(60a)는 충전된다.
한편, 코일의 인덕턴스, 임피이던스, 전압, 주파수 그리고 통신 부호 등을 통해 송신되는 전력 에너지가 어떠한 방식인 가를 판별하여, 그에 해당되는 방식으로 본 발명의 수신부는 선택되고, 따라서 수신되는 전력 에너지를 수신 받을 수 있다.
그리고, “그 비율에 맞게 전압이나 전력을 변환하여 최종적으로 출력을 하는 것(168 단계)”은 수신되는 전압의 값이 다를 수 있다는 것이다. 즉, 전압을 올려서 전체의 전력에너지를 늘릴 수가 있다는 것이고, 이는 전력양을 늘려 더 빠른 충전이 가능하다는 것이며, 이럴 경우에는 변환되는 전압의 비율이 달라질 수 밖에 없다는 것이며, 따라서 본원 발명의 알고리즘은 다양한 전압으로도 무선 에너지 충전이 가능하다는 것을 의미한다.
한편, 본원 발명에서는 무선 에너지 충전을 위한 데이터 송수신을 실시하기도 하는데, 이때, 충전 방식에 대한 정보를 제공할 수도 있지만 밧테리의 충전 상태에 대한 정보도 제공할 수가 있다,
즉, 추가로 다음 단계의 알고리즘이 수행될 수가 있게 된다.
첫 번째 경우,
1)무선 에너지 수신 제어(도 8의 실시예에서처럼 입력창(130)에서 무선 충전 제어를 실시함,)
2)152 단계에 따른 무선 충전에 필요한 데이터를 근거리 통신을 통하여 무선 충전기에 전송함.
의 단계를 수행할 수 있다.
또한 또 다른 두 번째 경우,
1) 메칭 파트에서 무선 에너지 수신을 감지함.
2) 152 단계에 따른 무선 충전에 필요한 데이터를 근거리 통신을 통하여 무선 충전기에 전송함.
의 단계로도 수행이 가능하다.
이때, 무선충전기에 전송하는 데이터의 종류에는 스마트폰 밧테리(60a)의 충전 상태도 포함된다. 즉 밧테리가 방전 상태일 경우와 50 % 충전 상태일 경우와 70 % 충전 상태일 경우에 따라 밧테리 충전 방법이 각각 다르기 때문에 이러한 정보도 제공하게 되는 것이다. 그리로 이러한 충전 상태 정보는 충전이 진행되면서 그때 그때 계속 제공하게 된다.
도 12는 무선 에너지를 수신 받을 수 있는 코일이 2개인 경우의 흐름도를 나타낸 실시예의 도면이다. 도 1의 실시예에서는 무선 에너지를 수신 받을 수 있는 코일이 1 개 인 경우의 실시예이지만, 경우에 따라서는 무선 에너지를 수신 받을 수 있는 코일이 2개인 경우도 존재하게 된다. 즉, 무선 에너지를 충전할 수 있는 방식에 따라 코일의 종류가 다를 수가 있게 된다.
무선 충전을 시작하면 전력 에너지를 송신하고 수신하게 된다.(100 - 102 단계)
수동으로 충전 방식을 선택하게 되면 해당 안테나 코일이 선택되도록 할 수 있다. (104 단계, 110 단계) 즉, 스위치 혹은 메뉴 방식(선택 방법은 통상의 방법을 사용할 수 있으므로 본 발명에서는 수동 선택 방법에 대해서는 별도의 설명을 생략한다,)
자동으로 충전 방식이 선택되어 지면, 수신 코일(52)(51)의 충전 신호를 분석하게 된다. 전압 분석을 할 수 있고, 주파수 분석을 할 수 있고, 임피던스 분석을 할 수가 있다. 그리고 분석 값에 따라 해당 안테나 코일을 선택하게 된다. (104 단계 - 110 단계)
그리고, 분석된 전압 값, 주파수 값, 임피던스 값 등에 맞게 코일에 그에 대응하는 값을 갖도록 한다, (112 단계) 예를들어 주파수 값을 분석하여, 방식이 선택되었으면 수신부 코일에는 선택된 방식의 주파수 값을 갖도록 하는 것이다.
상기와 같은 방식이 정해지면, 무선전력에서지 송수신이 일어나게 되고 밧테리는 충전되게 된다.
도 13과 도 14는 도 10의 실시예에서 232 단계에 해당되는 무선 데이터 수신 단계를 진행하는 실시예의 도면이다.
도 13의 실시예에서처럼 무선 충전중에 무선 데이터 수신 혹은 무선 데이터 제어 명령이 입력(도 8의 실시예에 따라 입력창(130)되면, 무선 에너지 송신부(무선 충전기)에 무선 충전 중단 혹은 무선 에너지 세기를 감소시키는 신호를 전송한다,(신호 전송은 본원 발명의 앞의 실시예에 따라 근거리 통신 방법으로 실시한다.)(S 140 - 144)
그리고, 무선 데이터 수신을 중단하거나 무선 데이터 수신 중단하는 제어 명령이 실시되면 무선 에너지 수신은 실시되고 무선 에너지 수신이 완료된다.(S 146 - 148)
그러나, 무선 데이터 수신은 중단되지 않고, 무선 데이터 수신을 중단하는 제어 명령이 실시되지 않으면, 142 단계로 간다.
한편, 142 단계에서 "No" 이면, 148 단계로 진행하게 된다.
도 14는 종류가 다른 무선 데이터를 수신할 대 우선 순위를 나타내는 실시예의 도면이다, 알고리즘 순서도 원리는 도 13과 동일하다,
예를들어, 중요하지 않은 일반적인 정보를 무선 데이터로 수신 받을 때, 인증이나 결재에 관련된 중요한 정보를 무선으로 수신 받게 되면 일반적인 정보를 무선으로 받는 수신은 중단된다는 것이다.
즉, 본원 발명에서는 무선 에너지 수신 혹은 무선 데이터 수신에도 우선 순위가 존재한다는 것을 의미한다. 이러한 제어는 총괄적으로 스마트폰의 main CPU(110)에서 실시하게 된다. main CPU(110)의 알고리즘에 우선 순위가 정해진 알고리즘이 수행되면, main CPU(110)는 그 알고리즘의 순서에 맞게 MSM(제어부)(10)(20-1)(20-2)을 제어한다는 것이다.
가장 우선 순위가 높은 것은 인증과 결재, 그다음에는 일반적인 정보, 그리고 그 다음에는 무선 에너지 수신이 된다,
에를들어, 제 2 무선 데이터 수신 안테나 코일을 통하여 중요한 정보를 수신 받는다고 하면, 다음과 같은 단계가 수행되게 된다.
1) 제 1 무선 수신 안테나 코일을 통하여 데이터를 수신 받는다.
2) 제 2 무선 수신 안테나 코일에 정해진 주파수 특성에 맞는 무선 데이터 수신되면, 제 2 매칭파트(MP3)(21-2)가 동작되고 제 2 MSM(제어부)(MSM3)(20-2)가 작동하게 된다.
3) 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일을 제어하는 제 1 MSM(MSM2)(20-1)에 의하여, 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일을 통하여서는 정보 수신이 중단된다.
상기 3)의 단계에서 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일을 통하여 정보 수신이 중단되는 방법은 다음과 같다.
1) 스마트폰 main CPU(110)가 제 1 MSM(MSM2)(20-1)에 데이터 수신 중단 명령을 제공한다.
2) 스마트폰 main CPU(110) 혹은 제 2 MSM(제어부)(20-1)가 제 1 무선 데이터 수신 안테나 코일과 회로적으로 연결된 스위치를 차단하게 된다.
즉, 무선 안테나에서 무선 에너지 혹은 무선 데이터를 수신 받는 도중에라도, 우선순위가 높은 무선 데이터를 수신 받게 되면, main CPU(110)는 MSM(제어부)(10)(20-1)(20-2)에 중단 명령을 제공한다.
도 15내지 도 18은 본원 발명의 멀티 안테나 코일의 배치 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 15는 무선 에너지 수신 안테나 코일이 내부에 있고, 그 외부에는 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비된 경우의 실시예의 도면이다.
도 15의(A)는 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1)(52-2)도 2개 이고, 상기 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1)(52-2) 외부에 구비된 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)도 2 개 인경우의 실시예의 도면이다,
도 15의(B)와 도 5의(C)는 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1)(52-2)도 2개 이고, 상기 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1)(52-2) 외부에 구비된 무선 데이터 수신 안네나 코일(51-1)이 1 개 인경우의 실시예의 도면이다. 이때, 상기 하나의 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)은 NFC 코일일 수도 있으며, 인증이나 결재 등이 가능한 또 다른 데이터 통신 코일일 수 있다.
한편, 도 15의(D)는 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1)이 1개 인 경우의 실시예의 도면이다. 그리고, 상기 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1)이 1개 인 경우에도, 상기 무선 에너지 수신 안테나 코일(52-1) 외부에 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 1개 혹은 2개 구비될 수 있다.
한편, 상기 1 개의 무선 데이터 수신 코일(51-1)은 NFC 코일일 수도 있으며, 인증이나 결재 등이 가능한 또 다른 데이터 통신 코일일 수 있다.
한편, 도 15는 여러개의 무선 안테나 코일이 구비되지만, 상기 무선 안테나 코일은 하나의 기판(55)에 구비됨을 보인다.
도 16은 상기 무선 에너지 안테나 수신 코일(52)과는 별도 영역에 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 구비됨을 보이는 실시예의 도면이다. 이때, 이때 무선 데이터 안테나 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 하나만 존재할 수 있고 두 개 존재할 수도 있다.
또한 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 무선 에너지 수신 안테나 코일(52) 보다 크기가 작을 수도 있으며 비슷할 수도 있다. 아울러, 도 6의 실시 예에서는 별도 도시를 생략하였지만 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)이 도 15의 실시 예에서처럼 2 개일 수도 있다.
도 17은 무선 에너지 수신 코일(52)외부에 하나의 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 구비되고, 별도의 영역에 다른 하나의 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 구비됨을 보이는 실시예의 도면이다,
이때 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)외부에 위치한 코일이 NFC 코일일 수도 있고, 인증이나 결재 등이 가능한 또 다른 데이터 통신 코일일 수 있다.
당연히 도 17의 경우에도 무선 에너지 수신 코일(52)이 2 개일수 있다.
도 18은 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)과는 별도의 영역에 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 구비되고, 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)은 2 개인 경우의 실시예의 도면이다.
그리고, 상기 2 개의 무선 데이터 수신 코일(51-1)(51-2)은 하나는 내부에 다른 하나는 외부에 구비된다. 한편 내부에 구비되는 무선 데이터 수신 코일이 NFC 코일이고, 외부에 구비되는 무선 데이터 수신 코일이 인증이나 결재 등이 가능한 또 다른 데이터 통신 코일일 수 있으며, 그 반대로 외부에 구비되는 무선 데이터 수신 코일이 NFC 코일이고, 내부에 구비되는 무선 데이터 수신 코일이 인증이나 결재 등이 가능한 또 다른 데이터 통신 코일일 수 있다.
도 19와 도 20은 무선 안테나 안테나 코일에 구비되는 또 다른 기능성 필름층을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 19에서처럼, 무선 안테나 코일(52)(51)이 구비된 필름(55)(필름형 기판이며 본원 발명에서는 편의상 필름이라고 한다.)상단에 패라이트(자성체 층)층(56a)(56b)이 형성된 필름(56)이 구비되고, 또한 그 위에 방열필름 층이 형성된 필름(57)이 구비된다.
그리고, 무선 에너지 수신 안테나 코일에 위치한 패라이트 층(56a)과 무선 데이터 수신 안테나 코일에 위치한 패라이트 층(56b)의 종류는 서로 다를 수 있다.
페라이트 시트는 절연 효과도 가질 수 있지만, 코일 서로 간에 혹은 코일과 부품 간에 자장의 영향을 주는 것을 최소화하기 위해 구비되는 시트 형태의 부품이다. 따라서, 상기 페라이트 시트는 코일과 휴대폰 부품 사이에 위치하게 된다.
따라서, 만일 본원 발명의 멀티 안테니 코일 기판(55)이 스마트폰 케이스의 후면에 부착할 경우에는 페라이트 시트가 맨 위(스마트폰 케이스 후면을 아래의 위치로 할 때)에 위치하지만, 반대로 밧데리등 스마트폰 부품에 멀티 안테나 코일 기판(55)이 부착될 경우에는 상기 패라이트 시트가 맨 아래(밧테리 등 부품을 아래의 위치로 할 때)에 부착되게 된다.
그러므로, 도 19의 실시예는 스마트폰 케이스의 후면에 부착한 경우이며, 도 19의 아래에는 본원 발명에서는 도시 생략되었지만 스마트폰 케이스의 후면이 위치하게 된다.
페라이트 시트로는 규소 강판을 사용하지만, 망간, 페라이트, 퍼말로이, 퍼멘듀어, 메탈유리, 분말철 등 기존에 상용화된 재료를 들 수 있다. 또한 흡수체 형태로 아연 등을 사용할 수 있다.
코일과 코일 사이의 경계 영역에 페라이트 시트가 구비되므로서, 무선 에너지 수신 코일과 무선 데이터 수신 코일 상호간에 자장의 영향을 감소시키게 된다.
도 20은 페라이트 필름과 방열 필름의 단면 구조를 나타낸 실시예의 도면이다,
스마트폰에 구비되기 위해서는 각각의 층의 두께를 얇게 하는 것이 중요하며, 도 20의 실시예는 각 층의 두께를 얇게 하기 위한 실시예를 나타낸 도면이다,
도 20의 (A)에 도시된 바와 같이, 방열 필름(57) 위에 방열층(57a)을 코팅하여 형성하며, 방열 필름(57) 아래에 다른 층과 접착을 위해서 열전도 점착층(57b)을 형성한다. 그리고, 페라이트 시트는 페라이트 필름(56) 위에 패라이트 층(56a)(56b)를 형성한다. 이때 전제 두께를 얇게 하기 위하여 패라이트 층은 20 - 100㎛ 정도로 코팅한다. 그리고 페라이트 필름(56)아래에 열전도 점착층(56c)이 형성된다,
이때, 본원 발명의 방열층(57a)과 열전도 점착층(57b)(56c)의 재료 성분과 특성은 아래와 같다.
방열층(57a)은 전기적 절연성과 열전도성이 우수한 다공성 수산화마그네슘, 마그네시아, 이산화규소, 지르코늄 및 규산염 화합물, 전기 전도성과 열전도성이 우수한 그라파이트, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 선택된 하나이상의 물질을 포함한 무기계 물질과 무기계 안료를 포함한 유 무기 조성물과; 폴리비닐알콜, 메틸 셀룰로즈, 에칠 셀룰로즈, 메틸 니트로 셀룰로즈, 에틸 니트로 셀룰로즈, 아크릴-우레탄 공중합체, 에폭시-우레탄 공중합체 및 수용성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 유기고분자 물질을; 포함한 열방사 시트용 유무기 하이브리드 조성물로 이루어진다.
그리고, 방열층(혹은 열 방사층)(57a)을 구성하는 상기 바인더는 접착성을 가지는 것이면 제한되지 않으며, 천연수지나 합성 수지로부터 선택될 수 있다. 바인더는 예를 들어 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계 및 우레아계 등의 수지로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 방열층(57a)은, 특별히 한정하는 것은 아니지만 바인더를 100g(gram) 사용한다고 가정했을 때 열전도성 필러를 5∼200g정도 포함하는 열전도성 조성물이 코팅되어 형성될 수 있다. 아울러, 방열층(57a)을 형성하기 위한 열전도성 조성물은 열전도성 필러 및 바인더 이외에, 필요에 따라 광개시제, 경화제, 분산제, 용제, 산화방지제, 소포제, 안료, 광택제, 난연제, 표면 평활제 등이 더 포함할 수 있다. 열전도성 조성물의 코팅은 일반적인 박막 코팅방법을 사용할 수 있으며, 그라비아 코팅 방법도 사용할 수 있다.
그리고, 방열층(10)은, 5㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다. 두께가 1㎛ 미만으로서 너무 낮으면 외력에 의한 긁힘이 생길 수 있고 열 방출 효율이 떨어질 수 있으며, 100㎛를 초과하여 너무 두꺼우면 방열 시트의 유연성(flexible)이 떨어지고 가격 면에서도 바람직하지 않을 수 있다. 바람직하게는 3㎛ 내지 20㎛의 두께를 가지면 좋다.
예를 들어, 상기 방열층은 유무기 하이브리드 조성물은 다량의 극미세 기공을 갖는 무기계 필러중 바람직하게는 규산염 화합물이 60∼80중량%, 탄소나노튜브 0.5∼5.0중량%, 그래핀 0.5∼5.0중량%, 무기계 안료 1∼10중량%, 유기계 물질중 에틸셀룰로즈 5.0∼10중량%, 에틸니트로 셀룰로오즈 5.0∼10중량%, 분산안정화제 0.5∼1.0중량%로 구성될 수 있다.
분산안정화제로는 폴리아크릴릭산염, 벤토나이트계, 퓸드실리카계, 제올라이트계중 선택된 하나를 사용한다.
무기계 안료로는 아연계, 망간계, 마그네슘계, 티탄계, 페릭계 산화물중 하나가 선택되어 사용될 수 있다.
아울러, 상기 방열층(57a)은 필러를 포함하고, 그 필러는 입자상으로서 0.1 나노미터(㎚) 내지 5 마이크로미터(㎛)의 입자 크기를 가질 수 있다.
열전도 점착층(57b)은 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 아크릴-우레탄 공중합체 및 폴리우레탄계중 선택된 점착형 수지와 우수한 열전도 특성을 위하여 알루미늄계, 규산계 산화물 및 아연계 산화물계 중에서 선택된 하나 이상이 혼합된 조성물과 수지로 구성되며, 발열소자 및 발열부위에 열방사 시트를 에어갭(Airgap)없이 부착 및 고정시키는 역할과 상기 폴리머층과 접촉하는 열전도층에 수직으로 열을 효과적으로 전달하는 기능을 한다.
상기 점착층(57b)(56c)은 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 점착제로 구성될 수 있으며, 예를 들어 아크릴계, 우레탄계 및 실리콘계 점착제 등으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는 아크릴계 점착제로부터 선택될 수있다. 또한, 점착층(30)도, 바람직하게는 방열성을 가지면 좋다. 예를 들어, 점착층(57b)(56c)은 점착제와 열전도성 필러를 포함하는 열전도성 점착제가 코팅되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 점착층(57b)(56c)에 포함되는 열전도성 필러는 열전도성을 가지는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 열전도성 필러는 입자상으로서 0.1 나노미터(㎚) 내지 5 마이크로미터(㎛)의 입자 크기를 가질 수 있다. 열전도성 필러는 금속, 무기물, 탄소소재 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 열전도성 필러는 구체적으로 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 철(Fe), 은(Ag), 금(Au) 등의 금속 분말; 탄산칼슘 (CaCO3), 산화알루미늄(Al2O3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 탄화규소(SiC); 질화붕소(BN) 및 질화알루미늄(AlN)등의 무기 분말; 그리고 탄소소재로서 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등의 유기 분말 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 열전도성 필러는, 바람직하게는 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 탄소소재를 포함하는 것이 좋다. 이러한 열전도성 필러는 점착제의 점착력을 저하시키지 않는 범위에서 적정량 혼합될 수 있다.
또한, 상기 점착제층(57b)(56c)은, 바람직하게는 3 ~ 60㎛ 범위의 두께를 가지는 것이 좋다. 점착제층(57b)(56c)의 두께가 3㎛ 미만인 경우 점착력이 떨어질 수 있고, 60㎛를 초과하는 경우 방열 효과가 떨어질 수 있다. 가장 최적의 두께는 10 - 20 ㎛ 이다.
도 20의 (B)는 또 다른 실시예의 도면으로 전체 두께를 얇게 하기 위한 방법의 실시예이다. 즉 방열 필름(57)과 열전도 점착층(57b)을 별도로 구비하지 않고, 페라이트 시트 층에 바로 방열층(57a)을 형성하는 방법이다. 이를 위해서는 페라이트 층(56a)(56b) 위에 방열층을 코팅하므로서 가능하게 된다.
도 21과 도 22는 멀티 코일 필름의 최소화 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 21에 도시된 바와 같이 본월 발명에서는, 무선 데이터 수신 코일(51-1)(51-2)이 2개 구비되고, 무선 에너지 수신 코일(52)도 1개 구비되지만, 무선 에너지 수신 코일도 2 개 구비될 수 있고, 또한 각각의 코일에는 인출선(52a-1)(52a-2)(51-1a)(51-2a)이 각각 구비되어야 하므로, 멀티 코일 필름(55)이 다층 구조가 되게 된다. 그러므로 층의 수를 최소화하여 두께를 얇게 함은 물론 비용 절감을 이루도록 하여야 한다.
본원 발명에서는 층의 수를 최소화 하기 위하여 안테나 코일 혹은 인출선이 코팅되는 필름을 2 장 사용한다. 아래쪽에 위치한 필름을 아래의 멀티 코일 필름(55a)이라고 하고, 위쪽에 위치한 필름을 상단의 멀티 코일 필름이라고 한다.
아래의 멀티 코일 필름(55a)에는, 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 2개 만들어지고, 무선 에너지 수신 코일(52)이 만들어지고, 최 외곽에 위치하는 무선 데이터 코일(51-1)의 인출선(51-1a) 양 끝 두개 중에서 하나의 인출선(51-1a) 만 구비된다.
그리고, 상단의 멀티 코일 필름(55b)에는, 최 외곽에 위치하는 무선 데이터 코일(51-1)의 인출선(51-1a) 양 끝 두개 중에서 또 다른 하나의 인출선(51-1a) 만 만들어지고, 두 개의 무선 데이터 수신 안테나 코일 중에서 안쪽의 무선 데이터 수신 안테나 코일의 인출선(51-2a)도 만들어 진다. 또한 상단의 멀티 코일 필름(55b)에는 무선 에너지 수신 안테나 코일의 인출선(52a-1)(52a-2)가 만들어 진다.
아울러, 아래의 멀티 코일 필름(55a)과 상단의 멀티 코일 필름(55b)이 전기적으로 연결되는 방법은 홀(hole)을 만듦으로서 가능하다.
즉, 각각의 모든 인출선과 각각의 모든 안테나 코일을 두 개의 필름(55a)(55b)에 나누어 형성하는 방법이 도 21의 실시예이지만, 두 개의 필름에 각각의 모든 인출선과 각각의 모든 안테나 코일을 분배하는 방법은 몇가지가 더 나올 수 있다. 즉 본원 발명에서는 두 개의 필름(55a)(55b)에 모든 인출선과 각각의 모든 안테나 코일이 만들어 진다.
도 22은 단면 구조이며, 상단의 멀티 코일 필름(55b)과 아래의 멀티 코일 필름(55a)의 하부에는 점착층(52c)(52e)가 코팅 형성되며, 도 20과 도 21의 실시예에서 처럼 열전도 점착층이 아니라 일반적인 접착제가 그대로 사용된다.
또한, 상단의 멀티 코일 필름(55b)을 대신하여 절연막이 사용될 수 있다. 즉 코일과 인출선이 형성된 아래의 멀티 코일 필름(55a)에 절연막을 형성한 다음에 상단의 멀티 코일 필름층(55b)에 만들어지는 인출선을 형성할 수가 있다.
도 23은 스마트폰 케이스 후면에 장착된 연결 단자를 나타낸 실시예의 도면이다.
본원 발명에서는 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)이 2개 구비되고, 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)이 1개 혹은 그 이상 구비될 수 있다. 그리고, 상기 코일들이 구비된 멀티 안테나 코일 필름(55)이 스마트폰 케이스 후면(101)에 부착되거나 케이스 후면(101)과 부품 사이에 위치하게 된다.
이 경우에는 멀티 코일 필름(55)의 단자(본원 발명에서는 도시 생략되었지만, 각각의 연결선의 끝 단에 연결단자가 구비된다.)와 결합되는 단자가 구비된다. 이때, 무선 데이터 수신 안테나 코일(51-1)(51-2)의 단자(102a)와 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)의 단자(102a)가 모두 구비된다. 그리고 상기 단자(102a)와 스마트폰 본체 회로와 연결되는 연결선(102)이 구비된다.
도 24는 코일이 구비되는 본원 발명의 또 다른 실시예의 도면이다.
무선 에너지 수신 안테나 코일(52)의 저항은 낮을수록 효과적이지만, 두께를 얇게 만들어야 하는 특성상 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)의 저항을 낮게 하는 데에는 한계가 존재한다.
따라서, 스마트폰 후면 케이스(101) 코일 홈(101a)을 구비하고, 상기 코일 홈(101a)에 무선 에너지 수신 코일(52)이 구비되도록 하므로서, 무선 에너지 수신 코일(52)의 두께를 두껍게 할 수 있고 따라서 무선 에너지 수신 코일(52)의 저항 값도 낮출 수가 있다. 즉, 스마트폰 후면 케이스(101) 내부에 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)을 형성하므로서 무선 에너지 수신 안테나 코일의 저항 값을 나출 수 있다는 것이다. 스마트폰 후면 케이스(101) 내부에 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)을 형성하는 방법으로는, 후면 케이스(101) 사출시 무선 에너지 수신 안테나 코일(52)을 삽입하여 사출(인서트 사출)하는 방법도 사용될 수 있다.
Claims (14)
- 무선 에너지를 수신 받을 수 있는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터를 수신 받을 수 있는 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 매칭파트 및 MSM(제어부)이 더 구비되며,
각각의 코일에는 상기 매칭파트가 각각 연결되고 상기 매칭 파트는 각각 해당되는 MSM(제어부)에 연결되며,
상기 무선 데이터 수신 코일은 2 개 이상이며,
상기 두 개의 코일은 서로 코일선의 두께가 다르며,
상기 두 개의 코일은 코일선과 코일선 사이의 간격이 서로 다르고,
상기 두 개의 코일은 코일의 턴 수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일. - 제 1항에 있어서, 무선 충전 제어 명령이 실시되거나 무선 에너지 수신 코일과 연결된 매칭 파트가 매칭되면 무선 충전 정보를 무선 충전기에 송신하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제 2항에 있어서, 무선충전기에 송신되는 정보는 밧테리 충전 잔량인 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제1항에 있어서, 상기 각각의 MSM을 하나로 통합하여 하나의 MSM이 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제 1 항에 있어서 무선 에너지를 수신 받을 때, 무선 데이터를 수신 받게 되면 무선 에너지의 수신이 종료되거나 무선 에너지 수신의 세기가 줄어드는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제 1항에 있어서, 무선 데이터를 수신 받을 때 중요도가 더 높은 무선 데이터를 수신 받게 되면, 수신 받던 무선 데이터의 수신은 중지되고 중요도가 높은 무선 데이터가 수신되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제 1항에 있어서, 상기 MSM 은 스마트폰 메인칩으로 대체되는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 무선 전력 에너지를 수신 받을 수 있는 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터를 수신 받을 수 있는 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 상기 무선 데이터 수신 안테나 코일은 2 개 이상이며,
무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일에는 각각 연결선이 구비되고,
상기 무선 에너지 수신 안테나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일은 하나의 멀티 코일 필름에 장착되고,
상기 멀티 코일 필름은 상단의 멀티 코일 필름과 아래의 멀티 코일 필름으로 구비되며, 상기 멀티 코일 필름 아래에는 점착층이 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일. - 제 8항에 있어서, 상기 아래의 코일 필름층에는 무선 에너지 수신 안네나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일이 구비되고, 상단의 코일 필름층에는 연결선이 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제 8항에 있어서, 페라이트 필름층과 방열 필름 층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일.
- 제 10항에 있어서, 상기 페라이트 필름층에 자성체 층이 코팅되어 형성되고 방열 필름 층에는 방열 층이 코팅되어 형성하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일의 구조.
- 제 10 항에 있어서, 상기 방열필름층 하단의 점착층은 열전도 점착층인 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일의 구조.
- 제 10항에 있어서, 상기 페라이트 필름 하단에 점착층은 점착층인 것을 특징으로 하는 스마트폰 용 무선 안테나 코일의 구조.
- 제 1항에 있어서, 스마트폰 하부 케이스에 무선 에너지 수신 안네나 코일과 무선 데이터 수신 안테나 코일의 연결 단자가 구비되는 스마트폰 용 무선 안테나 코일의 구조.
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