KR100524254B1 - 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그코어 블록의 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코발트 계열의 비정질 금속이 다수 겹으로 적층된 비정질금속 박막 코어에 일정 패턴을 가진 코일이 권선된 충전용 리시버 모듈(B)과, 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되어 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 자기 결합되는 무선 충전용 패드(A)를 포함하고, 상기 무선 충전용 패드(A)는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수 개 붙인 평판 코어 상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법에 관한 것이다.

Description

멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법{NON-CONTACT BATTERY CHARGING SYSTEM POSSIBLE MULTI-CHARGING AND CORE BLOCK DESIGN METHOD FOR IT}

본 발명은 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코발트 계열의 비정질 금속이 다수 겹으로 적층된 비정질금속 박막 코어에 일정 패턴을 가진 코일이 권선된 충전용 리시버 모듈(B)과, 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되어 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 자기 결합되는 무선 충전용 패드(A)를 포함하고, 상기 무선 충전용 패드(A)는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수 개 붙인 평판 코어 상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 이를 위한 코어 블록의 설계 방법에 관한 것이다.

최근, 통신 및 정보 처리 기술이 발달됨에 따라 휴대폰ㅇ캠코더ㅇ노트북 등과 같이 휴대하기 편리한 개인용 단말기들의 사용이 점차적으로 증가되고 있으며, 기술의 발달에 따라 성능이 향상된 새로운 모델의 단말기가 계속적으로 보급되는 추세이다. 이러한 휴대용 단말기의 충전에는 접촉형 충전기나 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따른 접촉형 충전기의 문제점을 해결하기 위하여 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 무접점 충전기가 사용되고 있다.

무접점 충전기에 해당하는 기술로는 선출원 공개된 공개특허공보 제2002-0035242호 '유도 결합에 의한 휴대 이동 장치용 축전지의 비접촉식충전 장치'와 같이 자성체 코어를 이용하여 배터리 팩과 충전 장치 사이에 무선통신에 의하여 충전하는 방식, 선출원 공개된 공개특허공보 제2002-0057469호 '코어 없는 초박형 프린트회로기판 변압기 및 그 프린트회로기판 변압기를 이용한 무접점 배터리 충전기'와 같이 권선을 프린트회로기판(PCB : Printed Circuit Board)에 형성한 변압기를 사용하여 자성체 코어의 문제점을 해결하는 방식 등이 제안된 바 있다.

그러나, 종래 기술의 경우 충전시 배터리가 장착된 휴대용 단말기의 위치나 휴대용 단말기와 충전기 간 배치에 따른 자계 변화로 인한 충전 효율이나 충전의 방향성 변화에 대한 고려가 없어 전력전달 효율을 유지하거나 충전 방향을 제어하는데 어려움이 있었으며, 동시에 하나 이상의 휴대용 단말기를 충전할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 배터리가 장착된 휴대용 단말기가 충전기 상부 어느 위치에 놓이는지 여부에 상관 없이 전력전달 효율을 유지하여 방향성과 위치에 관계없이 충전을 수행할 수 있도록 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 코어 블록에 흐르는 전류의 방향, 자기장의 방향, 코일의 구성 등을 고려하여 코어 블록을 설계함으로써, 일정 부분의 유효 충전영역(Charging Effective Area)을 확보하여 동시에 하나 이상의 휴대용 단말기를 충전할 수 있도록 하는 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템은, 코발트 계열의 비정질 금속이 다수 겹으로 적층된 비정질금속 박막 코어에 일정 패턴을 가진 코일이 권선된 충전용 리시버 모듈(B)과, 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되어 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 자기 결합되는 무선 충전용 패드(A)를 포함하고, 상기 무선 충전용 패드(A)는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수 개 붙인 평판 코어 상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어 블록을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 코어 블록의 설계 방법은 무선 충전용 패드(A) 내에 장착되는 코어 블록을 설계하는 방법에 있어서, 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어가 다수 개 결합된 평판 코어가 제작되는 제1단계와, 상기 평판 코어 상에 일정 패턴의 코일이 권선되어 상기 평판 코어와 상기 코일로 구성된 코어 블록이 제작되는 제2단계와, 쇄교자속을 180도 방향→135도 방향→90도 방향→45도 방향→0도 방향→-45도 방향→-90도 방향→-135도 방향으로 변화시키는 스위칭 패턴을 갖는 전류가 상기 코일에 인가되는 제3단계와, 상기 코일에 인가된 전류에 의하여 360도 회전되는 자계가 발생되는 제4단계와, 발생된 자계에 의하여 상기 무선 충전용 패드(A)의 중심부에 직사각형이나 정사각형 모양의 유효 충전영역(Charging Effective Area)이 형성되는 제5단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템은 무접점 충전기의 기능을 수행하는 무선 충전용 패드(A), 무선 충전용 패드(A)와 자기 결합되어 무접점으로 전력을 공급받는 충전용 리시버 모듈(B), 충전용 리시버 모듈(B)로 공급된 전력에 의해 충전되는 충전용 배터리(BAT), 충전용 배터리의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 조절하는 보호회로 모듈(PCM)을 포함하여 구성된다.

무선 충전용 패드(A)는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수 개 붙인 평판 코어 상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어 블록을 구비하여 변압기 1차측의 역할을 수행한다.

충전용 리시버 모듈(B)은 코발트 계열의 비정질 금속(Amorphous metal)이 다수 겹으로 적층된 비정질금속 박막 코어에 일정 패턴을 가진 코일이 권선된 것으로 변압기 2차측의 역할을 수행한다. 비정질금속 박막 코어는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 붕소(B), 규소(Si) 등 코발트 계열의 비정질 금속재료가 다수 적층된 얇은 시트(sheet) 또는 박막(film) 형태의 코어로 제작되어 높은 투자율과 깨지지 않는 성질을 가진다.

충전용 리시버 모듈(B)[또는 충전용 리시버 모듈(B)이 내부에 구비된 휴대용 단말기나 배터리]은 무선 충전용 패드(A) 위에 올려 놓아 양자가 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되도록 한 후 충전한다. 무선 충전용 패드(A)와 충전용 리시버 모듈(B)을 평행하게 수직 방향으로 일정한 이격 거리가 되도록 배치하면 무선 충전용 패드(A) 내부의 코어 블록과 충전용 리시버 모듈(B)이 자기적으로 결합되어 무접점 충전을 수행한다.

무접점 충전기로서 동작하는 무선 충전용 패드(A)는 DC 입력을 가지는 다양한 포트를 가짐으로써 다양한 형태의 외부 전원[예를 들어, AC 어댑터의 출력, 컴퓨터의 USB 포트 또는 자동차의 시거잭]과 연결되어 사용될 수 있으며, 내부에 구비된 코일의 스위칭 패턴을 발생시키고 패드 위에 올려 놓는 디바이스를 검출하며 절전 모드를 제어한다. 이 무선 충전용 패드(A)에는 코일이 다양한 패턴으로 권취되어 내장되어 있어 10kHz 이상의 스위칭을 통하여 쇄교된 자속이 충전용 리시버 모듈(B) 측으로 유기되도록 한다.

본 발명에 따른 무선 충전용 패드(A)는 일례로 MPU(Micro Processor Unit), 센싱 디바이스, 드라이브 회로, 두 개의 1차 코일을 포함하여 구성할 수 있다.

우선, 사용자가 충전용 리시버 모듈(B)이 내장된 휴대용 단말기를 무선 충전용 패드(A)에 올려 놓으면 센싱 디바이스가 충전 가능한 디바이스가 놓여진 상태임을 검출한다. 이 경우, 소정의 주파수로 발진된 발진 신호를 자계 센서 등의 센싱 디바이스에서 수신하고, 충전용 리시버 모듈(B)의 비정질금속 박막 코어 및 코일이 센싱 디바이스에 근접함에 따라 수신된 발진 신호의 균형이 깨어지는 것을 감지하는 등의 방식으로 디바이스를 검출할 수 있다. 충전용 리시버 모듈(B)의 접근을 감지한 센싱 디바이스가 MPU로 디바이스 검출신호를 전송하면, 이를 수신한 MPU는 두 1차 코일 각각의 스위칭 패턴을 발생시키고, 두 1차 코일은 MPU에 의해 발생된 스위칭 패턴에 의해 스위칭된다. 드라이브 회로는 두 1차 코일 각각을 스위칭하기 위한 온오프 스위칭 소자로서 업 스위치(Upper Switch)와 로우 스위치(Lower Switch)로 구성되며 하프 브리지 직렬 공진형 컨버터(Half-Bridge series resonant converter) 방식으로 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 보호회로 모듈(PCM)은 일례로 정류회로, 충전회로, 보호회로, 제어회로 등을 포함하여 구성할 수 있다.

보호회로 모듈(PCM)은 충전용 리시버 모듈(B)로부터 공급되는 전력을 직류로 변환하는 정류회로, 정류회로에서 변환된 전력을 충전용 배터리(BAT)(즉, 리튬이온 전지 또는 리튬폴리머 전지 등 충전이 가능한 2차 전지)에 공급하기 위한 충전회로, 충전용 배터리(BAT)의 상태를 확인하여 충전회로로부터 충전용 배터리(BAT)에 공급되는 전력의 공급과 차단을 결정하는 보호회로 및 충전용 배터리(BAT)의 전압 및 전류를 측정하여 사용시간 및 충전용량에 관한 정보를 제공하며, 제공되는 정보를 누적하여 충·방전 용량을 보정하는 제어회로를 거쳐 충전용 배터리(BAT)로 연결된다.

도 2는 본 발명에 따른 무선 충전용 패드의 스위칭 패턴에 따른 자계 생성 방법을 나타낸 도면이다.

1구간→2구간→3구간→4구간→5구간→6구간→7구간→8구간을 차례대로 연속적으로 일정한 주파수를 가지고 스위칭하여 전류를 인가할 경우에 도 2에서와 같이 쇄교자속(Magnetic flux)이 발생하여 자계가 180도 방향→135도 방향→90도 방향→45도 방향→0도 방향→-45도 방향→-90도 방향→-135도 방향의 순서로 360도 회전하며, 이를 이용하면 무선 충전용 패드(A) 위에 충전용 리시버 모듈(B)이 내장된 휴대용 단말기를 올려 놓았을 때, 위치와 방향에 관계없이 충전이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 충전용 디바이스의 개수에 따른 무선 충전용 패드의 크기 확장을 나타낸 도면이다.

무선 충전용 패드(A) 내부에는 평판 코어와 평판 코어 상에 일정 패턴으로 형성된 코일로 구성되는 코어 블록이 구비된다. 평판 코어는 코발트 계열 또는 페라이트 재질로 된 작은 크기의 코어를 여러 개 붙여서 원하는 크기와 모양으로 만들 수 있다. 예를 들면, 가로 m개, 세로 n개의 조각을 붙여서 충전하고자 하는 디바이스의 개수에 따른 평판 코어를 만든다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 충전용 리시버 모듈을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 충전용 리시버 모듈(B)은 비정질 금속 박막 코어 상에 직사각형, 정사각형 또는 나선형 패턴을 형성하도록 코일이 권선되며, 변압기 1차측인 무선 충전용 패드(A)에서 자계가 수직으로 상승될 경우 변압기 2차측인 충전용 리시버 모듈(B)에서 유도기전력에 의한 전류가 반시계 방향으로 흘러나오는 구조를 가진다.

도 5a 내지 도 8에서는 도 4와 같이 충전용 리시버 모듈(B)이 구성된 경우 방향성과 위치에 관계없이 충전을 가능하게 하기 위한 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록 구조를 예시하고 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선 충전용 패드의 코어 블록을 구성하는 수직 코일과 수평 코일을 각각 나타낸 도면이다.

도 5a에는 수직으로 충전영역 밖으로 코일을 반시계 방향으로 권선하여 패턴을 형성시킨 수직 코일이 도시되어 있다. 이때, 코일의 감는 방향과 전류의 방향을 도면에 표시하였다. 점선으로 표시된 직사각형 영역이 실제의 유효 충전영역(Charging Effective Area)이 된다. 도 5b에는 수평으로 코일을 권선하여 패턴을 형성시키는 수평 코일이 도시되어 있으며, 이 경우 도 5a에 나타난 수직 코일을 90도 왼쪽으로 회전한 코일과 동일한 구조로 패턴이 형성된다.

즉, 수직 코일은 수직 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조를 가지고, 수평 코일은 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조를 가지도록 형성시킨다. 이러한 구조를 가질 경우 충전영역에서 수직 코일 패턴은 충전용 리시버 모듈(B)의 상하 이동을 가능하게 하고, 수평 코일 패턴은 충전용 리시버 모듈(B)의 좌우 이동을 가능하게 하며, 수직 코일과 수평 코일이 동시에 스위칭될 때 충전용 리시버 모듈(B)의 기울임에 대해서도 대응이 가능하다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 무선 충전용 패드의 코어 블록을 나타낸 도면이다.

도 6내지 도 8에서는 멀티 충전이 가능한 수직, 수평 코일을 교차시킨 코일의 다양한 형태를 가정하여 구성하였다. 도 6은 수직, 수평 코일을 일대일(1:1)의 비율로 교차시켜 적층한 구조이며, 도 7은 수직, 수평 코일을 이대일(2:1)로 교차시켜 적층한 구조이며, 도 8은 수직, 수평 코일을 이대이(2:2)로 교차시켜 적층한 구조이다. 이때, 공통적으로 수직, 수평 코일을 교차시켜 수직 또는 수평 방향의 양끝을 절곡한 후 평판 코어에 서랍 형태로 끼워 넣은 후 평판 코어를 완전히 감싸도록 하여 전체적인 코어 블록을 완성시킨다. 도면에는 코일의 감는 방향, 전류의 방향이 도시되어 있다. 수직 코일 또는 수평 코일을 복수 개 연결할 경우에는 자계의 방향이 상쇄되지 않도록 인접시킨다. 이에 따라, 충전용 리시버 모듈(B)이 내장된 다수의 휴대용 디바이스의 위치와 방향에 관계없이 충전이 수행된다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 충전용 리시버 모듈을 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 충전용 리시버 모듈(B)은 비정질 금속 박막 코어에 수직 방향으로 권선된 수직 코일과 수평 방향으로 권선된 수평 코일이 교차되도록 코일을 권선하여 만든다. 이러한 구조를 통하여 충분한 전력을 무선 충전용 패드(A)로부터 받아들여 충전용 리시버 모듈(B)이 내장된 휴대용 디바이스의 위치와 방향에 관계없이 충전할 수 있도록 한 것이다.

도 10 내지 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 무선 충전용 패드의 코어 블록을 나타낸 도면이다. 도 10 내지 도 14에서는 도 9와 같이 충전용 리시버 모듈(B)이 구성된 경우 방향성과 위치에 관계없이 충전을 가능하게 하기 위한 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록 구조를 예시하고 있다.

도 10은 나선형으로 권선된 수직 코일[코일 1(Coil1), 코일 2(Coil2)]과 수평 코일[코일 3(Coil3), 코일 4(Coil4)]을 각각 교차시켜 평판 코어 위에 적층하여 만든 것으로서 유효 충전영역(Charging Effective Area)에서 충전이 가능하며 이 영역 내에서는 전류의 방향이 항상 일정한 방향으로 흐르도록 권선하여 자계를 360도 회전하도록 하고 있다. 이때, 스위칭 패턴은 코일 1(Coil1)과 코일 2(Coil2)가 공통(common)되고, 코일 3(Coil3)과 코일 4(Coil4)가 공통(common)되어 도 2의 1구간부터 8구간까지 순차적으로 스위칭을 반복한다.

즉, 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 수직 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 평면으로 권선된 코일 1(Coil1)과 코일 2(Coil2)를 수직 방향으로 나란히 붙여 평판 코어와 같은 크기로 형성한 수직 코일과, 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 평면으로 권선된 코일 3(Coil3)과 코일 4(Coil4)를 수평 방향으로 나란히 붙여 상기 평판 코어와 같은 크기로 형성한 수평 코일을 평판 코어 위에 교차시켜 적층한 것이다.

도 11은 S자형으로 권선된 수직 코일인 코일 1(Coil1)과 나선형으로 권선된 수평 코일인 코일 2(Coil2)을 교차시켜 평판 코어 위에 적층하여 만든 것으로 유효 충전영역(Charging Effective Area)에서 충전이 가능하며, S자형으로 권선된 수직 코일의 경우 좌측 또는 우측 방향에서 자계가 발생하여 충전용 리시버 모듈(B)로 들어가고, 나선형으로 권선된 수평 코일의 경우 수직 방향으로 자계가 발생하여 충전용 리시버 모듈(B)로 들어간다. 이때, 자계를 고르게 분포시켜 주어 에너지 전달을 원활하게 한다. 스위칭 패턴은 도 10의 방법과 동일하다.

즉, 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조의 수평 코일을 형성하고, 수평 길이가 평판 코어보다 길게 형성된 상기 수평 코일의 양끝을 절곡하여 상기 평판 코어를 감싸도록 하며, 우측은 시계방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선되고 좌측은 반시계 방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선된 평면 구조의 S자형 수직 코일을 수평 코일 위에 적층하여 구성한 것이다.

도 12는 S자형 코일 패턴을 1개만 사용하여 평판 코어에 적층한 구조를 가지며, 충전용 리시버 모듈(B)이 교차된 형태의 코일 구조를 가지기 때문에 유도되는 기전력은 동일하다. 단, 충전용 리시버 모듈(B)을 경우 효율이 저하되는 문제를 야기할 가능성이 있으나, 여러 가지 원가절감 면에서 유리하다.

도 13a는 수직 방향으로 오른쪽에서 시계 방향으로 원하는 턴(turn) 수 만큼 감은 후에 왼쪽으로 반시계 방향으로 코일을 권선하는 S자형으로 권선된 수직 코일이 구성되며, 도 13b의 경우는 수평 방향으로 동일하게 권선한 것으로 S자형으로 권선된 수직 코일의 패턴을 왼쪽으로 90도 회전한 것과 동일하다. 이와 같이 S자형으로 권선된 수직, 수평 코일을 각각 만든 후에 평판 코어 위에 적층하여 도 14와 같이 만든다. 이렇게 할 경우에 유효 충전영역(Charging Effective Area)에서는 수직 코일의 경우 모든 코일의 전류 방향의 위쪽으로 향하고, 수평 코일의 경우 모든 코일의 전류 방향이 왼쪽을 향하는 구조를 가지며, 도 2에 나타난 1구간부터 8구간까지의 스위칭 패턴을 코일 1(Coil1)과 코일 2(Coil2)에 인가하면 자계의 방향이 360도 회전한다. 따라서, 충전용 리시버 모듈(B)의 위치와 방향에 관계없이 무선 충전용 패드(A)의 유효 충전영역(Charging Effective Area)에서 충전이 가능하다. 도면에 무선 충전용 패드(A)에서 충전용 리시버 모듈(B)까지의 자계의 방향을 표시하였다.

도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 무선 충전용 패드와 충전용 리시버 모듈을 나타낸 도면이고, 도 16 및 도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 무선 충전용 패드와 충전용 리시버 모듈의 자기장 분포를 나타낸 도면이다.

도 15 내지 도 17은 다중 코어가 결합된 충전용 리시버 모듈(B)과 무선 충전용 패드(A)의 구조도를 여러 가지 형태로 구성한 것이다. 다중 코어는 직사각형, 정사각형, 나선형 패턴 등을 형성하도록 코일이 권선된 다수 개의 비정질금속 박막 코어가 직렬 또는 병렬 연결된 것이다.

도 16은 정사각형의 다중 코어를 직렬 또는 병렬 연결한 충전용 리시버 모듈(B)과 무선 충전용 패드(A)의 자기장 분포도이며, 도 17은 나선형의 다중 코어를 직렬 또는 병렬 연결한 충전용 리시버 모듈(B)과 무선 충전용 패드(A)의 자기장 분포도이다. 이러한 형태로 구성할 경우 자계가 수직 방향으로 집중됨으로써 전력전달의 효율이 증대된다.

본 발명에 따른 무선 충전용 패드(A)의 내부에 장착되는 코어 블록은 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어가 다수 개 결합되어 평판 코어가 제작되는 제1단계, 상기 평판 코어 상에 일정 패턴의 코일이 권선되어 상기 평판 코어와 상기 코일로 구성된 코어 블록이 제작되는 제2단계, 쇄교자속을 180도 방향→135도 방향→90도 방향→45도 방향→0도 방향→-45도 방향→-90도 방향→-135도 방향으로 변화시키는 스위칭 패턴을 갖는 전류가 상기 코일에 인가되는 제3단계, 상기 코일에 인가된 전류에 의하여 360도 회전되는 자계가 발생되는 제4단계, 발생된 자계에 의하여 상기 무선 충전용 패드 중심부에 직사각형이나 정사각형 모양의 유효 충전영역(Charging Effective Area)이 형성되는 제5단계 등을 거쳐 설계된다.

상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배터리가 장착된 휴대용 단말기가 충전기 상부 어느 위치에 놓이는지 여부에 상관 없이 전력전달 효율을 유지하여 방향성과 위치에 관계없이 충전을 수행할 수 있도록 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법이 제공되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 코어 블록에 흐르는 전류의 방향, 자기장의 방향, 코일의 구성 등을 고려하여 코어 블록을 설계함으로써, 일정 부분의 유효 충전영역(Charging Effective Area)을 확보하여 동시에 하나 이상의 휴대용 단말기를 충전할 수 있도록 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법이 제공되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 무선 충전용 패드의 스위칭 패턴에 따른 자계 생성 방법을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 충전용 디바이스의 개수에 따른 무선 충전용 패드의 크기 확장을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 충전용 리시버 모듈을 나타낸 도면.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선 충전용 패드의 코어 블록을 구성하는 수직 코일과 수평 코일을 각각 나타낸 도면.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 무선 충전용 패드의 코어 블록을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 충전용 리시버 모듈을 나타낸 도면.

도 10 내지 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 무선 충전용 패드의 코어 블록을 나타낸 도면.

도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 무선 충전용 패드와 충전용 리시버 모듈을 나타낸 도면.

도 16 및 도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 무선 충전용 패드와 충전용 리시버 모듈의 자기장 분포를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

A: 무선 충전용 패드 B: 충전용 리시버 모듈

PCM: 보호회로 모듈 BAT: 충전용 배터리

Claims (11)

1. 코발트 계열의 비정질 금속이 다수 겹으로 적층된 비정질금속 박막 코어에 일정 패턴을 가진 코일이 권선된 충전용 리시버 모듈(B)과,

   상기 충전용 리시버 모듈(B)과 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되어 상기 충전용 리시버 모듈(B)과 자기 결합되는 무선 충전용 패드(A)를 포함하고,

   상기 무선 충전용 패드(A)는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수 개 붙인 평판 코어 상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 충전용 리시버 모듈(B)은 상기 비정질 금속 박막 코어 상에 직사각형, 정사각형, 나선형 중 적어도 어느 하나의 패턴을 형성하도록 코일이 권선되어 상기 무선 충전용 패드(A)와 자기 결합되는 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 수직 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조의 수직 코일, 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조의 수평 코일 중 적어도 어느 하나를 형성하여 상기 수직 코일 또는 상기 수평 코일이 평판 코어를 감싸도록 양끝을 절곡하여 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
4. 제2항에 있어서,

   상기 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 수직 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조의 수직 코일과 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조의 수평 코일을 형성하고, 수직 길이 및 수평 길이가 각각 평판 코어보다 길게 형성된 상기 수직 코일과 상기 수평 코일을 일대일(1:1), 이대일(2:1), 이대이(2:2) 중 어느 하나의 비율로 교차시켜, 교차된 코일이 상기 평판 코어를 감싸도록 수직, 수평 방향의 양끝을 절곡하여 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 충전용 리시버 모듈(B)은 상기 비정질 금속 박막 코어에 수직 방향으로 권선된 수직 코일과 수평 방향으로 권선된 수평 코일이 교차되도록 코일이 권선되어 상기 무선 충전용 패드(A)와 자기 결합되는 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 수직 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 평면으로 권선된 코일 1(Coil1)과 코일 2(Coil2)를 수직 방향으로 나란히 붙여 평판 코어와 같은 크기로 형성한 수직 코일과, 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 평면으로 권선된 코일 3(Coil3)과 코일 4(Coil4)를 수평 방향으로 나란히 붙여 상기 평판 코어와 같은 크기로 형성한 수평 코일을 상기 평판 코어 위에 교차시켜 적층한 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
7. 제5항에 있어서,

   상기 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 수평 중심선으로부터 반시계 방향의 바깥쪽으로 나선형을 이루도록 코일이 권선된 평면 구조의 수평 코일을 형성하고, 수평 길이가 평판 코어보다 길게 형성된 상기 수평 코일의 양끝을 절곡하여 상기 평판 코어를 감싸도록 하며, 우측은 시계방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선되고 좌측은 반시계 방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선된 평면 구조의 S자형 수직 코일을 상기 수평 코일 위에 적층하여 구성한 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
8. 제5항에 있어서,

   상기 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 우측은 시계방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선되고 좌측은 반시계 방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선된 평면 구조의 S자형 수직 코일, 상기 S자형 수직 코일을 왼쪽으로 90도 회전한 형태의 S자형 수평 코일 중 적어도 어느 하나가 평판 코어 위에 적층된 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
9. 제5항에 있어서,

   상기 무선 충전용 패드(A)의 코어 블록은 우측은 시계방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선되고 좌측은 반시계 방향으로 일정 턴(turn) 수만큼 수직 코일이 권선된 평면 구조의 S자형 수직 코일과, 상기 S자형 수직 코일을 왼쪽으로 90도 회전한 형태의 S자형 수평 코일을 평판 코어 위에 교차하여 적층한 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
10. 제1항에 있어서,

    상기 충전용 리시버 모듈(B)은 직사각형, 정사각형, 나선형 패턴 중 적어도 어느 하나의 패턴을 형성하도록 코일이 권선된 다수 개의 비정질금속 박막 코어가 직렬 또는 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템.
11. 무선 충전용 패드(A) 내에 장착되는 코어 블록을 설계하는 방법에 있어서,

    코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어가 다수 개 결합된 평판 코어가 제작되는 제1단계;

    상기 평판 코어 상에 일정 패턴의 코일이 권선되어 상기 평판 코어와 상기 코일로 구성된 코어 블록이 제작되는 제2단계;

    쇄교자속을 180도 방향→135도 방향→90도 방향→45도 방향→0도 방향→-45도 방향→-90도 방향→-135도 방향으로 변화시키는 스위칭 패턴을 갖는 전류가 상기 코일에 인가되는 제3단계;

    상기 코일에 인가된 전류에 의하여 360도 회전되는 자계가 발생되는 제4단계;

    발생된 자계에 의하여 상기 무선 충전용 패드(A)의 중심부에 직사각형이나 정사각형 모양의 유효 충전영역(Charging Effective Area)이 형성되는 제5단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어 블록의 설계 방법.