KR100954247B1 - 범용 무접점 충전 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 수전코일이 내장된 피충전 전자기기를 올려놓을 수 있는 베이스면과, 상기 베이스면 하부에 설치되어 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드에 있어서, 서로 다른 크기의 피충전 전자기기를 정렬하기 위한 서로 다른 크기의 정렬선들이 동일 베이스면 상에 마련되되, 상대적으로 큰 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선 영역 내에 상대적으로 작은 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선이 위치하고, 상기 급전코일은 상기 정렬선들 중에 상대적으로 가장 작은 크기의 정렬선 영역 내에 마련되어 서로 다른 크기의 피충전 기기에 공통적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 패드가 개시된다.

무접점 충전 패드, 급전코일, 수전코일, 유도기전력, 피충전 전자기기

Description

범용 무접점 충전 패드{General-purpose pad for wireless charger}

본 발명은 무접점 충전 패드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무접점 충전용 전자기기를 올려놓을 수 있는 베이스면(base surface)을 제공하고 전원공급시 무접점 충전용 전자기기에 대하여 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 무접점 충전 패드에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰, PDA 등과 같은 휴대형 전자기기에는 충전 가능한 이차전지를 내장한 배터리가 장착되어 전원을 제공한다. 이차전지를 충전하기 위해서는 가정용 상용 전원을 적절한 전압으로 조정하여 휴대형 전자기기에 공급하는 별도의 충전장치가 필요하다. 통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉단자가 구성되어 있어서, 두 접촉단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.

그러나, 이와 같이 접촉단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다.

이러한 접촉식 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여, 충전장치와 배터리를 비접촉 방식으로 충전하는 무접점 충전 시스템(또는 무선 충전 시스템)이 제안되었다.

대한민국 공개특허공보 제 2002-57468 호, 대한민국 공개특허공보 제 2002-57469 호, 대한민국 등록특허공보 제 428,713 호, 대한민국 공개특허공보 제 2002-35242 호 및 미국 공개특허 제 2003/0,210,106 호는 충전모체의 1차 코일(이하, '급전코일'이라 함)과 배터리의 2차 코일(이하, '수전코일'이라 함)간의 유도 결합을 이용하여 접촉단자 없이 배터리를 충전시키는 무접점 충전 시스템을 개시한다.

통상적으로 무접점 충전 시스템의 무접점 충전기는 급전코일이 내설된 무접점 충전 패드를 구비하며, 이 무접점 충전 패드의 상면에 배터리 혹은 배터리가 장착된 전자기기를 올려놓은 상태에서 무선 충전동작을 수행한다. 여기서, 배터리에는 수전코일이 내장되고, 상기 배터리가 장착된 전자기기로는 상술한 바와 같이 휴대폰, PDA 등이 해당될 수 있다. 이하에서는 상기 배터리나, 상기 배터리가 장착된 전자기기, 또는 수전코일이 내장된 전자기기를 "피충전 전자기기"로 지칭하기로 한다.

그런데, 이와 같은 무접점 충전 시스템은 전자기 유도 현상의 특성상 피충전 기기가 급전코일의 자속밀도 중심부로부터 벗어날 경우 충전 효율이 현저히 저하되므로 피충전 전자기기와 급전코일 간의 정렬처리가 정확히 수행되어야 한다.

한편, 종래의 무접점 충전 패드는 피충전 전자기기의 크기별로 서로 다른 사이즈의 제품을 사용해야 하므로 경제적이지 못한 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다양한 크기의 피충전 전자기기에 적용 가능한 범용 무접점 충전 패드를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 급전코일에 대한 피충전 전자기기의 정렬이 용이한 베이스면 구조를 가진 범용 무접점 충전 패드를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무접점 충전 패드는 서로 다른 크기의 피충전 전자기기들이 동일 급전코일을 기준으로 정렬될 수 있도록 패드의 베이스면이 개선된 구조를 갖는다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 패드는, 수전코일이 내장된 피충전 전자기기를 올려놓을 수 있는 베이스면과, 상기 베이스면 하부에 설치되어 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드에 있어서, 서로 다른 크기의 피충전 전자기기를 정렬하기 위한 서로 다른 크기의 정렬선들이 동일 베이스면 상에 마련되되, 상대적으로 큰 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선 영역 내에 상대적으로 작은 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선이 위치하고, 상기 급전코일은 상기 정렬선들 중에 상대적으로 가장 작은 크기의 정렬선 영역 내에 마련되어 서로 다른 크기의 피충전 기기에 공통적으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스면의 가장자리는 사각형으로 형성되고, 상기 정렬선은, 상기 베이스면의 가장자리에 있어서 인접하는 어느 두 변으로부터 연장되어 교차하는 교선인 것이 바람직하다. 이 교선을 토대로 피충전 전자기기는 바르게 정렬될 수 있다.

상기 베이스면은 수평이거나, 한 쪽 가장자리 또는 한 쪽 코너로 가면서 점차 높이가 낮아지도록 비스듬히 기울어진 형태를 갖는 것으로 하여 사용자가 어렵지 않게 정렬 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수전코일이 내장된 피충전 전자기기를 올려놓을 수 있는 베이스면과, 상기 베이스면 하부에 설치되어 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드에 있어서, 상기 베이스면은 한 쪽 가장자리 또는 한 쪽 코너로 가면서 점차 높이가 낮아지도록 비스듬히 기울어진 형태로 이루어지고, 상기 급전코일은 상기 베이스면의 높이가 상대적으로 낮은 상기 한 쪽 가장자리 또는 한 쪽 코너 부근에 배치된 것을 특징으로 하는 무접점 충전 패드가 제공된다.

본 발명에 따르면 제품 크기에 상관없이 코일이 위치한 지점에 정확히 피충전 전자기기를 정렬할 수 있으므로 다양한 크기의 피충전 전자기기에 적용될 수 있는 범용성이 있다.

또한, 패드 상의 임의의 지점에 피충전 전자기기를 올려놓기만 하면 경사 구조에 의해 코일 위치로 정렬되므로 사용이 편리하고 정렬 처리를 정확히 수행할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 패드의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 패드는 피충전 전자기기를 정렬하기 위한 정렬선(102a,102b,102c)이 서로 다른 크기의 제품별로 구분되게 형성된 베이스면을 갖는 패드 몸체(100)를 구비한다.

패드 몸체(100)의 상면에 해당하는 베이스면은 수전코일(도 3의 11 참조)이 내장된 피충전 전자기기(도 3의 10 참조)를 올려놓기 위한 지지면을 제공한다. 피충전 전자기기(10)로는 무접점 충전용 수전코일(11)이 장착된 배터리를 구비한 휴대폰이나, 그 배터리가 해당되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이 베이스면의 하부에는 급전코일(101)이 설치되어 전 원공급시 피충전 전자기기(10)의 수전코일(11)에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시킨다. 여기서, 급전코일(101)이 감긴 형태나 회수가 도면에 도시된 것에 한정되지 않음은 물론이다.

베이스면 상에는 피충전 전자기기(10)를 정렬하기 위한 정렬선(102a,102b,102c)이 서로 다른 크기를 갖는 A, B, C 제품별로 형성된다. 이 정렬선(102a,102b,102c)은 베이스면 위에 인쇄되거나, 요홈 형태, 또는 요홈을 소정 필러(filler)로 채운 형태로 형성될 수 있을 것이다.

베이스면의 가장자리가 사각형으로 형성되는 경우, 정렬선(102a,102b,102c)은 상기 베이스면의 가장자리 중 인접하는 어느 두 변으로부터 서로 다른 크기별로 가로 및 세로 방향으로 연장되어 교차하는 교선 형태인 것이 바람직하다. 여기서, 정렬선(102a,102b,102c)들은 상대적으로 큰 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선 영역 내에 상대적으로 작은 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선이 위치하도록 배열된다.

베이스면은 지면을 기준으로 수평하게 구성될 수 있으며, 대안으로는 후술하는 본 발명의 다른 실시예와 같이 한 쪽 가장자리나 한 쪽 코너 방향으로 비스듬히 기울어진 형태로 구성될 수도 있다.

급전코일(101)은 정렬선(102a,102b,102c) 중에 상대적으로 가장 작은 크기의 정렬선(102a) 영역 내에 위치한다. 이러한 구성에 따르면, 동일 급전코일(101)을 서로 다른 크기의 피충전 전자기기에 공통적으로 사용하는 것이 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이 정렬선이 형성될 경우, 피충전 전자기기 내에서의 수전코일의 위치는 급전코일의 위치를 감안하여 피충전 전자기기의 크기별로 다르게 규정된다. 서로 다른 크기를 갖는 피충전 전자기기 A, B, C 제품을 각각에 대응하는 정렬선에 정렬시키기 위해, 피충전 전자기기의 크기는 정렬선의 크기에 걸맞게 규격화된다. 이 경우 각 피충전 전자기기에 있어서 수전코일은 무접점 충전 패드에 피충전 전자기기가 정렬되었을 때 급전코일과 대향하는 지점에 위치하도록 규격화를 통하여 서로 다른 피충전 전자기기별로 다르게 규정되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 급전코일이 베이스면의 한 쪽 코너에 가까운 지점에 위치하는 경우, A 제품은 수전코일이 기기의 정중앙에 위치하고, A 제품에 비해 상대적으로 크기가 큰 B제품이나 C 제품은 기기의 정중앙으로부터 코너 쪽으로 벗어난 지점에 수전코일이 위치하도록 구성된다. 한편, 도 1과는 달리 급전코일이 베이스면의 정중앙에 위치하고 이를 중심으로 하여 서로 다른 크기의 정렬선들이 형성된 경우에는 피충전 전자기기 A, B, C 제품 모두 수전코일이 해당 기기의 정중앙에 위치하도록 구성됨으로써, 정렬선에 대한 피충전 전자기기의 정렬 시 급전코일과 수전코일이 정확히 대향할 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 자명하게 알 수 있을 것이다.

이상과 같은 구성을 갖는 무접점 충전 패드는 도 3에 도시된 바와 같이 충전을 위해 피충전 전자기기(10)를 베이스면 위에 올려놓을 때 피충전 전자기기(10)의 크기에 대응하는 정렬선(102a) 내에 위치시킴으로써 간편히 패드 몸체(100) 내부의 급전코일(101)과 피충전 전자기기(10) 내의 수전코일(11)이 상호 대향하도록 정렬시킬 수 있다.

도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무접점 충전 패드의 주요 구성이 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 무접점 충전 패드는 패드 몸체(200)의 한 쪽 가장자리로 가면서 점차 높이가 낮아지도록 비스듬히 기울어진 형태로 베이스면이 형성되고, 급전코일(201)은 베이스면의 높이가 상대적으로 낮은 상기 한 쪽 가장자리 부근에 근접 배치된다.

베이스면은 서로 다른 크기의 피충전 전자기기(10)를 범용성있게 올려놓을 수 있는 면적을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 피충전 전자기기(10)가 원활하게 미끄러져서 이동할 수 있도록 매끄러운 표면을 갖는 것이 바람직하다.

베이스면이 사각형으로 형성되는 경우, 베이스면이 기울어지는 방향은 도 4에 도시된 바와 같이 세로 방향이 될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 가로 방향이 될 수 있고, 대안으로 도 6에 도시된 바와 같이 대각선 방향이 될 수도 있다.

급전코일(201)은 베이스면 하부에 설치되되, 충전 효율을 감안하여 경사진 베이스면과 나란하게 경사진 배치 구조를 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게, 급전코일(201)은 전술한 실시예와 마찬가지로 서로 다른 크기의 피충전 전자기기(10)에 공통적으로 사용된다. 이를 위해, 피충전 전자기기(10)의 수전코일(11)은 피충전 전자기기(10) 내에서의 그 위치가 피충전 전자기기(10)의 크기별로 다르게 규정되는 것이 바람직하다.

부가적으로, 피충전 전자기기(10)가 미끄러져서 패드 몸체(200)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 패드 몸체(200)의 베이스면 가장자리단에는 걸림턱(202)이 형성되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 구성을 갖는 무접점 충전 패드는 피충전 전자기기(10)를 패드 몸체(200) 위에 올려놓았을 때 베이스면의 경사 구조에 의해 미끄러짐으로써 상대적으로 높이가 낮은 한 쪽 가장자리 혹은 한 쪽 코너 쪽으로 이동하게 되고, 패드 몸체(200) 내부의 급전코일(201)과 피충전 전자기기(10) 내부의 수전코일(11)이 상호 대향하는 위치에서 정렬이 이루어지게 된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전 패드의 주요 구성을 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1의 단면도이다.

도 3은 도 1에서 피충전 전자기기를 무접점 충전 패드 위에 올려놓은 상태를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무접점 충전 패드의 주요 구성을 도시한 사시도이다.

도 5 및 도 6은 도 4의 변형예를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10: 피충전 전자기기 11: 수전코일

100,200: 패드 몸체 101,201: 급전코일

102a,102b,102c: 정렬선 202: 걸림턱

Claims (4)

1. 수전코일이 내장된 피충전 전자기기를 올려놓을 수 있는 베이스면과, 상기 베이스면 하부에 설치되어 전원공급시 상기 수전코일에 유도기전력을 발생시킬 수 있는 자속을 발생시키는 급전코일을 구비한 무접점 충전 패드에 있어서,

   서로 다른 크기의 피충전 전자기기를 정렬하기 위한 서로 다른 크기의 정렬선들이 동일 베이스면 상에 마련되되, 상대적으로 큰 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선 영역 내에 상대적으로 작은 피충전 전자기기에 대응하는 정렬선이 위치하고,

   상기 급전코일은 상기 정렬선들 중에 상대적으로 가장 작은 크기의 정렬선 영역 내에 마련되어 서로 다른 크기의 피충전 기기에 공통적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 패드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베이스면의 가장자리는 사각형으로 형성되고,

   상기 정렬선은, 상기 베이스면의 가장자리에 있어서 인접하는 어느 두 변으로부터 연장되어 교차하는 교선인 것을 특징으로 하는 무접점 충전 패드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 베이스면의 가장자리는 사각형으로 형성되고,

   상기 베이스면은 수평이거나, 상호 마주 보는 두 가장자리 중 한 쪽 가장자리 또는 한 쪽 코너로 가면서 점차 높이가 낮아지도록 비스듬히 기울어진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 패드.
4. 삭제

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