KR20220067867A

KR20220067867A - 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법

Info

Publication number: KR20220067867A
Application number: KR1020200154590A
Authority: KR
Inventors: 하현욱
Original assignee: 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-25

Abstract

이 명세서는 무선 충전 장치와 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 외관을 형성하는 케이스; 상부에 올려진 단말기를 무선 충전하기 위한 충전 모듈; 및 충전 모듈을 상하로 이동시키는 승강 모듈을 포함하되, 승강 모듈이 충전 모듈을 하강시켜 케이스의 상면과 충전 모듈의 커버를 분리시켜 홀을 형성함으로써 상기 무선 충전 장치의 내부 온도를 조절할 수 있다.

Description

무선 충전 장치 및 무선 충전 방법 {Wireless charging apparatus and wireless charging method}

이 명세서는 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 테이블용 무선충전기에서 발생되는 열을 감소하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통신 및 정보 처리 기술이 발달함에 따라 스마트 폰이나 태블릿 PC 등과 같은 스마트 단말기의 사용이 점차적으로 증가되고 있는데, 현재 스마트 단말에 많이 적용되고 있는 충전 방식은 전원에 연결된 어댑터를 스마트 단말기에 직접 연결하여 외부 전원을 공급받아 충전하거나 또는 호스트의 USB 단자를 통해 스마트 단말기에 연결하여 호스트의 USB 전원을 공급받아 충전하는 방식이다.

최근에는, 연결 선을 통해 어댑터에 또는 호스트에 스마트 단말기를 직접 연결해야 하는 불편함을 줄이기 위하여, 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 무선으로 충전하는 무선충전 방식이 점차 스마트 단말기에 적용되고 있다.

카페나 도서관 등에 무선충전기를 테이블에 장착하여 이용자의 편의를 높이려는 시도가 있다. 이때 테이블에 장착되는 무선충전기는 몸체가 외부에 노출되지 않아 방열이 어렵다.

또한, 충전 속도가 증가할수록 전자기 유도에 의해 발생하는 와전류에 의해 장치 내부 온도가 올라가고, 이러한 발열에 의해 주변 부품에서 결함이 발생하기 쉽다. 또한, 큰 전력을 송신할 수 없어 충전 시간이 오래 걸리고, 충전 효율이 떨어지는 등의 문제가 있다.

테이블에 장착된 무선 충전기의 내부 온도를 낮추기 위해서는 무선충전기를 세우거나 무선충전기가 부착된 테이블의 구조를 변경하여야 한다. 하지만, 이러한 방법은 비용이 증가할 뿐만 아니라, 사용자의 편의는 줄어들게 된다. 이 명세서는 이러한 상황을 감안한 것으로, 이 명세서의 목적은 테이블용 무선충전기에서 발생되는 열을 감소하는 방법을 제공하는 데 있다.

이 명세서의 다른 목적은, 무선충전기 방열 효율을 개선하고, 충전 효율을 동시에 향상시키는 무선충전기는 제공하는 데 있다.

상기 과제를 실현하기 위한 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 외관을 형성하는 케이스; 상부에 올려진 단말기를 무선 충전하기 위한 충전 모듈; 및 충전 모듈을 상하로 이동시키는 승강 모듈을 포함하되, 상기 승강 모듈은 상기 충전 모듈을 하강시킴으로써 상기 케이스의 상면과 상기 충전 모듈의 커버를 분리시켜 홀을 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 무선 충전 장치는 테이블 내부에 장착될 수 있다.

일 실시예에서, 충전 모듈이 상부에 단말기가 올려진 것을 감지할 때 승강 모듈이 충전 모듈을 하강시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 승강 모듈은, 상기 충전 모듈이 전력을 전송하는 동안 반복적으로 상기 충전 모듈을 상하로 이동시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 무선 충전 장치는 내부의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하되, 승강 모듈은 온도 측정부를 통해 측정된 무선 충전 장치 내부의 온도가 임계 온도를 초과할 때 동작할 수 있다.

일 실시예에서, 무선 충전 장치는 하단에 통풍구를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 무선 충전 장치는 팬을 더 포함하여 더 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 홀은 원형, 타원형 혹은 다각형 림 형태로 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 충전 모듈의 상부에 단말기가 놓인 것을 감지할 때, 충전 모듈을 제어하여 단말기에 전력을 무선으로 전송하는 단계; 및 승강 모듈을 제어하여 상기 충전 모듈을 상하로 이동시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

단말기를 충전하는 동안, 무선 충전 장치 상단에 홀을 형성하여 홀을 통해 외부 공기를 무선 충전 장치 내부로 이동시킴으로써, 별도의 테이블 구조 변경 없이 무선 충전 장치의 방열 효율을 개선할 수 있다.

이 때, 팬을 구동시켜 공기 흐름을 더욱 원활하게 하여 무선 충전 장치 내부 온도 조절을 용이하게 한다.

충전 모듈을 반복적으로 상하 이동시킴으로써, 방열 개선에 따라 충전 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

무선 충전 장치 내부에서 측정된 온도에 기초하여, 충전 모듈을 적응적으로 상하로 이동시켜 충전 효율 저하를 방지할 수 있어, 더욱 효과적으로 무선 충전 장치 내부 온도를 조절할 수 있다.

도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 전자 기기로 전력이 무선으로 전송되는 것을 개념적으로 나타낸 것이고,
도 2는 전자기 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 전송 장치의 전력 변환부의 회로 구성을 개념적으로 도시한 것이고,
도 3은 무선 전력 전송 장치와 수신 장치가 전력과 메시지를 주고받기 위한 구성을 도시한 것이고,
도 4는 무선 전력 전송 장치와 수신 장치 사이 전력 전송을 제어하기 위한 루프를 블록으로 도시한 것이고,
도 5는 무선 충전 장치와 단말기가 접촉된 상태의 상면을 도시한 것이고,
도 6은 테이블 내부에 무선 충전 장치가 장착되어 단말기와 접촉된 상태의 측면을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 기능 블록을 도시한 것이고,
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치가 동작하기 전 내부 단면을 도시한 것이고,
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치 동작 후의 내부 단면을 도시한 것이고,
도 9a와 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치 동작 후 공기의 이동을 도시한 것이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전의 구동 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치 내부의 온도 측정부가 온도를 체크하는 무선 충전 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법을 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 전자 기기로 전력이 무선으로 전송되는 것을 개념적으로 나타낸 것이다.

무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치 또는 전자 기기(200)가 필요로 하는 전력을 무선으로 전달하는 전력 전달 장치이거나, 무선으로 전력을 전달함으로써 전자 기기(200)의 배터리를 충전하기 위한 무선 충전 장치일 수 있고, 또는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 전자 기기(200)에 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.

전자 기기(200)는 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기로, 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수도 있다. 무선으로 전력을 수신하는 전자 기기는 휴대가 가능한 전자 기기, 예를 들어 스마트 폰이나 스마트 단말, 태블릿 컴퓨터, 멀티미디어 단말, 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 장치 등의 입출력 장치, 보조 배터리 등을 포함할 수 있다.

무선 전력 전송 장치(100)의 무선 전력 신호에 의한 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식, 즉 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송하는 무선 전력 신호에 의하여 전자 기기(200)에서 공진이 발생하고 공진 현상에 의하여 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전자 기기(200)로 접촉 없이 무선으로 전력이 전달될 수 있는데, 전자기 유도 현상에 의하여 1차 코일에서 교류 전류에 의해 자기장을 변화시켜 2차 코일 쪽에 전류를 유도함으로써 전력을 전달한다.

무선 전력 전송 장치(100)의 1차 코일에 흐르는 전류의 세기가 변화하면, 그 전류에 의해 1차 코일 또는 전송 코일(primary coil, TX coil)을 통과하는 자기장이 변화하고, 변화된 자기장은 전자 기기(200) 내의 2차 코일 또는 수신 코일(secondary coil, RX coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.

무선 전력 전송 장치(100) 측의 1차 코일과 전자 기기(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 무선 전력 전송 장치(100) 및 전자 기기(200)를 배치하고, 무선 전력 전송 장치(100)가 1차 코일의 전류가 변화하도록 제어하면, 전자 기기(200)는 수신 코일에 유도된 기전력을 이용하여 배터리와 같은 부하에 전원을 공급한다.

유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 무선 전력 전송 장치(100)와 전자 기기(200) 사이의 배치와 거리의 영향을 받게 되므로, 무선 전력 전송 장치(100)는 평평한 인터페이스 표면을 포함하도록 구성되고 인터페이스 표면의 하부에는 1차 코일이 장착되고, 인터페이스 표면 상부에 하나 이상의 전자 기기가 놓일 수 있다. 인터페이스 표면 하부에 장착된 1차 코일과 인터페이스 표면 상부에 위치한 수신 코일 사이 공간을 충분히 작게 함으로써 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 올릴 수 있다.

인터페이스 표면 상부에는 전자 기기가 놓일 위치를 지시하는 마크가 표시될 수 있는데, 인터페이스 표면 하부에 장착된 1차 코일과 수신 코일 사이의 배열이 적합하게 이루어지도록 하는 전자 기기의 위치를 지시할 수 있다. 전자 기기의 위치를 안내하기 위한 돌출 형태의 구조물이 인터페이스 표면 상부에 형성될 수도 있고, 인터페이스 표면 하부에 자석과 같은 자성체를 형성하여 전자 기기 내부에 마련된 다른 극의 자성체와의 인력에 의하여 1차 코일과 수신 코일이 잘 배열되도록 안내할 수도 있다.

도 2는 전자기 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 전송 장치의 전력 변환부의 회로 구성을 개념적으로 도시한 것이다.

무선 전력 전송 장치는 크게 전원 및 인버터와 공진 회로로 구성되는 전력 변환부를 포함하여 구성될 수 있는데, 전원은 전압원이나 전류원이 될 수 있고 전력 변환부는 전원으로부터 공급되는 전력을 무선 전력 신호로 변환하여 수신 장치에 전달한다. 무선 전력 신호는 공진 특성을 갖는 자기장 또는 전자기장 형태로 형성되고, 공진 회로는 무선 전력 신호를 발생시키는 코일을 포함한다.

인버터는 스위칭 소자와 제어 회로를 통해 직류 입력을 원하는 전압과 주파수의 교류 파형으로 변환하는데, 도 2에서는 풀 브리지(Full-bridge) 인버터를 도시한 것이고, 하프 브리지 인버터 등 다른 종류의 인버터도 가능하다.

공진 회로는 자기 유도 방식으로 전력을 전송할 1차 코일(Lp)과 커패시터(Cp)를 포함하여 구성되는데, 코일과 커패시터가 전력 전송의 기본 공진 주파수를 결정한다. 1차 코일은 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성하고, 평판 형태 또는 솔레노이드 형태로 구현될 수 있다.

인버터에 의해 변환된 교류 전류가 공진 회로를 구동시킴으로써 1차 코일에 자기장이 형성되는데, 인버터가 공진 회로의 공진 주파수에 가까운 주파수의 교류를 생성하여 전송 장치의 전송 효율을 높일 수 있고, 인버터를 제어함으로써 전송 장치의 전송 효율을 변경할 수 있다.

도 3은 무선 전력 전송 장치와 수신 장치가 전력과 메시지를 주고받기 위한 구성을 도시한 것이다.

전력 변환부는 수신 장치의 수신 상태와 상관없이 일방적으로 전력을 전송할 뿐이므로, 수신 장치의 상태에 맞도록 전력을 전송하기 위해서는 수신 장치로부터 수신 상태와 관련된 피드백을 받기 위한 구성이 무선 전력 전송 장치에 필요하다.

무선 전력 전송 장치(100)는 전력 변환부(110), 통신부(120), 제어부(130) 및 전원부(140)를 포함하여 구성될 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 전력 수신부(210), 통신부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있고 수신되는 전력이 공급될 부하(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

전력 변환부(110)는, 도 2의 인버터와 공진 회로로 구성되고, 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

통신부(120)는, 전력 변환부(110)에 연결되어, 전송 장치(100)로부터 자기 유도에 따라 무선으로 전력을 수신하는 수신 장치(200)에 의하여 변조되는 무선 전력 신호를 복조하여 전력 제어 메시지를 검출할 수 있다.

제어부(130)는, 통신부(120)가 검출하는 메시지를 기초로, 전력 변환부(110)의 동작 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정하고, 전력 변환부(110)를 제어하여 전력 변환부(110)가 메시지에 적합한 무선 전력 신호를 생성하도록 할 수 있다. 통신부(120)와 제어부(130)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다.

전력 수신부(210)는, 전력 변환부(110)의 1차 코일에서 발생하는 자기장의 변화에 따라 유도 기전력이 발생하는 수신 코일과 커패시터로 구성되는 매칭 회로를 포함하고, 수신 코일에 흐르는 교류 전류를 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다.

수신 장치의 통신부(220)는, 전력 수신부(210)에 연결되고, DC에서의 저항 부하 및/또는 AC에서의 용량성 부하를 조절하는 방식으로 전력 수신부의 부하를 조절함으로써, 전송 장치와 수신 장치 사이의 무선 전력 신호를 변화시켜 전력 제어 메시지를 전송 장치에 전송할 수 있다.

수신 장치의 제어부(230)는, 수신 장치에 포함된 각 구성 요소를 제어하는데, 전력 수신부(210)의 출력을 전류 또는 전압 형태로 측정하고, 이를 근거로 통신부(220)를 제어하여 무선 전력 전송 장치(100)에 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 메시지는 무선 전력 전송 장치(100)로 하여금 무선 전력 신호의 전달을 시작하거나 종료하도록 지시할 수 있고 또한 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 할 수 있다.

전송 장치의 전력 변환부(110)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 전력 수신부(210)에 의하여 수신되고, 수신 장치의 제어부(230)는 무선 전력 신호를 변조하도록 통신부(220)를 제어하는데, 제어부(230)는 통신부(220)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 변하도록 하는 변조 과정을 수행할 수 있다. 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량이 변하면 무선 전력 신호를 형성시키는 전력 변환부(110)의 전류 및/또는 전압도 바뀌고, 무선 전력 전송 장치(100)의 통신부(120)는 전력 변환부(110)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조 과정을 수행할 수 있다.

수신 장치의 제어부(230)는, 무선 전력 전송 장치(100)에게 전달하고자 하는 메시지를 포함하는 패킷을 생성하고 생성되는 패킷을 포함하도록 무선 전력 신호를 변조하고, 전송 장치의 제어부(130)는 통신부(120)를 통해 추출한 패킷을 디코딩 하여 전력 제어 메시지를 획득할 수 있는데, 수신 장치의 제어부(230)는 수신되는 파워를 조절하기 위하여 전력 수신부(210)를 통해 수신되는 전력량을 근거로 무선 전력 신호의 특성을 변경을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다.

도 4는 무선 전력 전송 장치와 수신 장치 사이 전력 전송을 제어하기 위한 루프를 블록으로 도시한 것이다.

전송 장치(100)의 전력 변환부(110)에서 발생하는 자기장의 변화에 따라 수신 장치(200)의 전력 수신부(210)에서 전류가 유도되어 전력이 전송되고, 수신 장치의 제어부(230)는 원하는 제어 점, 즉 원하는 출력 전류 및/또는 전압을 선택하고, 전력 수신부(210)을 통해 수신되는 전력의 실제 제어 점을 결정한다.

수신 장치의 제어부(230)는 전력이 전송되는 동안 원하는 제어 점과 실제 제어 점을 이용하여 제어 에러 값을 계산하는데, 예를 들어 2개의 출력 전압 또는 전류의 차이를 제어 에러 값으로 취할 수 있다. 원하는 제어 점에 도달하기 위해 적은 전력이 요구되면, 예를 들어 마이너스 값이 되고, 원하는 제어 점에 도달하기 위해 더 많은 전력이 필요하면 플러스 값이 되도록 제어 에러 값을 결정할 수 있다. 수신 장치의 제어부(230)는 통신부(220)를 통해 전력 수신부(210)의 리액턴스를 시간에 따라 변경하는 방식으로 계산된 제어 에러 값을 포함하는 패킷을 생성하여 전송 장치(100)에 전송할 수 있다.

전송 장치의 통신부(120)는 수신 장치(200)에 의하여 변조되는 무선 전력 신호에 포함되는 패킷을 복조하여 메시지를 검출하는데, 제어 에러 값을 포함하는 제어 에러 패킷을 복조할 수 있다.

전송 장치의 제어부(130)는, 통신부(120)를 통해 추출한 제어 에러 패킷을 디코딩 하여 제어 에러 값을 얻고, 전력 변환부(110)에 실제로 흐르는 실제 전류 값과 제어 에러 값을 이용하여 수신 장치가 원하는 전력을 전송하기 위한 새로운 전류 값을 결정할 수 있다.

전송 장치의 제어부(130)는, 수신 장치로부터 제어 에러 패킷을 수신하는 과정으로부터 시스템이 안정화되면, 1차 코일에 흐르는 실제 전류 값이 새로운 전류 값이 되도록 새로운 동작 점, 즉 1차 코일에 인가되는 AC 전압의 크기, 주파수, 듀티 비 등이 새로운 값에 이르도록 전력 변환부(110)를 제어하고, 수신 장치가 추가로 제어 정보나 상태 정보를 통신할 수 있도록 새로운 동작 점을 계속 유지하도록 한다.

무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이 상호 작용은 선택(selection), 핑(ping), 식별/구성(identification & configuration) 및 파워 전송(power transfer)을 포함하여 4가지 단계로 이루어질 수 있다. 선택 단계는 전송 장치가 인터페이스 표면 위에 놓인 대상물을 발견하기 위한 단계이고, 핑 단계는 대상물이 수신 장치를 포함하는 지 여부를 확인하는 단계이고, 식별/구성 단계는 수신 장치에 전력을 보내기 위한 준비 단계로 수신 장치로부터 적절한 정보를 수신하고 이를 근거로 수신 장치와 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)을 체결하고, 파워 전송 단계는 전송 장치와 수신 장치의 상호 작용으로 실제로 전력을 무선으로 수신 장치에 전송하는 단계이다.

핑 단계에서는, 수신 장치(200)가 1차 코일과 수신 코일의 자속 결합 정도를 가리키는 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet, SSP)을 공진 파형의 변조를 통해 전송 장치(100)에 전송하는데, 신호 강도 패킷(SSP)은 수신 장치에서 정류한 전압을 모니터링 하여 생성하는 메시지로서, 전송 장치(100)는 이를 수신 장치(200)로부터 수신하여 전력 전송을 위한 초기 구동 주파수를 선정하는 데 활용할 수 있다.

식별/구성 단계에서는, 수신 장치(200)의 버전, 제조사 코드, 장치 식별 정보 등을 포함하는 식별 패킷(Identification Packet), 수신 장치(200)의 최대 파워, 파워 전송 방법 등의 정보를 포함하는 구성 패킷(Configuration Packet) 등을 수신 장치(200)가 전송 장치(100)에 전송한다.

파워 전송 단계에서는, 수신 장치(200)가 전력 신호를 수신하는 동작 점과 파워 전송 계약에서 정한 동작 점과의 차이를 가리키는 제어 에러 패킷(Control Error Packet, CEP), 수신 장치(200)가 인터페이스 표면을 통해 수신하는 파워의 평균 값을 가리키는 수신 파워 패킷(Received Power Packet, RPP) 등을 수신 장치(200)가 전송 장치(100)에 전송한다.

수신 파워 패킷(RPP)은, 수신 장치의 전력 수신부(210)의 정류 전압, 부하 전류, 옵셋 전력 등을 감안한 수신 전력량 데이터로, 수신 장치(200)에 의해 전력을 수신 중에 계속하여 전송 장치(100)로 전송되고, 전송 장치(100)는 이를 수신하여 전력 제어를 위한 연산 인자로 사용한다.

전송 장치의 통신부(120)는 각각 공진 파형의 변화로부터 패킷을 추출하고, 제어부(130)는 추출되는 패킷을 디코딩 하여 메시지를 얻고 이를 기초로 전력 변환부(110)를 제어하여 수신 장치(200)가 요청하는 대로 파워 전송 특성을 바꾸면서 전력을 무선으로 전송할 수 있다.

한편, 유도 결합에 의해 전력을 무선으로 전달 방식에서 그 효율은 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 전송 장치(100)와 수신 장치(200) 사이의 배열과 거리의 영향을 받게 된다.

무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역을 두 가지로 구분할 수 있는데, 전송 장치(100)가 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 인터페이스 표면의 부분을 활동 영역이라고 할 수 있고, 전송 장치(100)가 수신 장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 영역을 감지 영역이라 할 수 있다.

전송 장치의 제어부(130)는, 수신 장치(200)가 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되거나 제거되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있는데, 전력 변환부(110)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나 별도로 구비되는 센서에 의하여 수신 장치(200)가 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다.

예를 들어, 전송 장치의 제어부(130)는 감지 영역에 존재하는 수신 장치(200)로 인하여 무선 전력 신호가 영향을 받아 전력 변환부(110)의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링 함으로써 수신 장치(200)의 존재를 검출할 수 있다. 전송 장치의 제어부(130)는 수신 장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 수신 장치(200)를 식별하는 과정을 수행하거나 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부 등을 결정할 수 있다.

전송 장치의 전력 변환부(110)는 위치 결정부를 더 포함할 수 있는데, 위치 결정부는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 1차 코일을 이동 또는 회전시킬 수 있고, 특히 수신 장치(200)가 전송장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.

위치 결정부는 전송 장치(100)의 1차 코일과 수신 장치(200)의 수신 코일의 중심간 거리가 일정 범위 이내가 되도록 1차 코일을 이동시키거나 1차 코일과 수신 코일의 중심이 중첩되도록 1차 코일을 이동시키는 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 전송 장치(100)는 수신 장치(200)의 위치를 감지하기 위한 센서나 감지부를 더 구비할 수 있고, 전송 장치의 제어부(130)는 감지부의 센서로부터 수신하는 수신 장치(200)에 대한 위치 정보를 기초로 위치 결정부를 제어할 수 있다.

또는, 전송 장치의 제어부(130)는 통신부(120)를 통하여 수신 장치(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고 이를 기초로 위치 결정부를 제어할 수도 있다.

또한, 전송 장치(100)는 둘 이상 복수의 1차 코일을 포함하도록 형성되어 복수의 1차 코일 중에서 수신 장치(200)의 수신 코일과 적합하게 배열되는 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전송 효율을 높일 수 있는데, 이 경우 위치 결정부는 복수의 1차 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다.

활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 1차 코일 또는 하나 이상의 1차 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있는데, 전송 장치의 제어부(130)는, 수신 장치(200)의 위치를 감지하고 이를 기초로 활동 영역을 결정하고, 활동 영역에 대응되는 주요 셀을 구성하는 전송 모듈을 연결하고 해당 전송 모듈의 1차 코일과 수신 장치(200)의 수신 코일이 유도 결합될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 5와 도 6은 각각 본 발명의 무선 충전 장치(300)에 단말기(400)가 접촉된 상태의 상면 및 측면 예를 도시한 것으로, 무선 충전 장치는 테이블 내부에 장착될 수 있다. 이때 별도의 테이블 구조 변경 없이 무선 충전 장치가 장착될 수 있다.

이러한 무선 충전 장치는 사용자의 편의를 증대시킬 수 있으나, 내부에 장착됨으로써 충전시 발생하는 열을 방출하는 데 어려움이 있어 무선 충전 장치 내부 온도 조절 수단 혹은 방열 수단이 필요하다. 밀폐된 테이블 내부에서는 공기가 흐르기 힘들기 때문에 홀을 형성하여 열을 방출함으로써 무선 충전 장치 내부 온도를 조절할 수 있다. 다만, 상시적으로 홀이 형성되어 있으면 외부로부터 이물질이나 먼지가 진입하는 문제가 발생할 수 있으며, 단말기와 충전 모듈의 거리가 멀어짐에 따라 충전 효율이 저하될 수 있다.

본 발명에서는, 충전 모듈을 승하강하도록 제어하여 필요에 따라 홀을 형성할 수 있다. 충전 모듈을 승강 또는 하강시키기 위한 승강 모듈을 무선 충전 장치에 마련하고, 충전 모듈의 상면에 형성되는 인터페이스(또는 커버)와 무선 충전 장치의 외관을 형성하는 케이스의 상면을 분리하여, 충전 모듈이 하강할 때 충전 모듈 커보와 케이스 상면 사이에 외부 공기가 유입될 수 있는 홀을 형성할 수 있다.

또한, 무선 충전 장치 내부의 온도를 측정하여 방열이 필요한 경우에만 조건적으로 충전 모듈의 승하강을 조절할 수 있다.

또한, 무선 충전 장치 내부에서 팬을 구동시켜 공기의 흐름을 더욱 원활하게 조절할 수 있다. 또한, 무선 충전 장치 하단에 통풍구를 형성하여 무선 충전 장치 내부 공기를 외부로 유출시킴으로써 방열 효율을 더욱 개선할 수 있다.

또한, 전원부로부터 무선 충전 장치로 전력을 전송할 수 있으며, 상기 전원부는 외부 전원 혹은 배터리로부터 전력을 공급받을 수 있다.

도 7은 본 발명의 무선 충전 장치(300)의 기능 블록을 도시한 것으로, 도 7의 무선 충전 장치는 테이블 내부에 장착될 수 있다.

무선 충전 장치는 충전 모듈(310), 승강 모듈(320), 팬(340), 온도 측정부(360), 및 제어부(370)로 구성될 수 있다.

본 발명의 무선 충전 장치(300)는 케이스에 의해 외관이 형성되고, 무선 충전 장치가 테이블 내부에 고정되도록 케이스 상면(390)이 테이블 상부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 충전 모듈 커버(330)는 케이스 상면(390)과 분리 가능하도록 형성될 수 있다.

무선 충전 장치(300) 내부의 승강 모듈(320)은 케이스에 결합된 수평 지지대에 고정될 수 있으며, 상기 승강 모듈을 제어하여 상부의 충전 모듈(310)을 상하로 이동시킬 수 있다.

또한, 승강 모듈(320)의 가운데 고정축을 중심으로 승하강하도록 제어함으로써 상부의 충전 모듈(310)을 상하로 이동시킬 수 있다.

또한, 승강 모듈(320)에 모터가 부착될 수 있으며, 상기 모터를 제어하여 상부의 충전 모듈(310)을 상하로 이동시킬 수 있다.

무선 충전 장치(300) 내부에 팬(340)을 형성하여 공기의 흐름을 원활하게 할 수 있으며, 무선 충전 장치 하단에 통풍구(350)를 형성하여 내부 공기를 효과적으로 외부로 유출할 수 있다.

제어부(370)는, 무선 충전 장치(300)를 구성하는 각 구성 요소를 제어하는데, 충전 모듈(310)을 통해 무선 충전 장치(300) 위에 놓인 단말기에 전력을 무선으로 공급하고, 전력을 무선으로 공급하는 동안 승강 모듈(320)과 팬(340) 중 하나 이상을 제어하여 내부 온도를 조절할 수 있다.

도 8a와 도 8b는 각각 무선 충전 장치의 동작 전과 후를 도시한 것으로, 단말기(400)를 충전하기 위한 충전 모듈(310)은 앞서 설명한 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 사이 상호 작용 때 수행하는 여러 단계 중에서 선택 단계에서 무선 전력 수신기 혹은 무선 충전이 가능한 스마트 단말기를 검출할 수 있다.

제어부(370)는, 무선 충전이 가능한 스마트 단말기가 검출되면 승강 모듈(320)을 제어하여 충전 모듈을 하강시킬 수 있다.

제어부(370)는, 단말기의 충전이 완료되기 전, 승강 모듈(320)을 제어하여 반복적으로 충전 모듈 커버(330)를 상하로 이동시킬 수 있고, 이를 통해 단말기와 충전 모듈의 거리가 멀어짐에 따라 충전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

제어부(370)는, 선택 단계에서 충전 수신기 혹은 단말기를 검출하면, 무선 충전 장치 내부의 팬(340)을 동작시키고, 무선 충전 장치 내부의 공기가 홀 또는 통풍구(350)를 통하여 이동할 수 있다.

무선 충전 장치는 온도를 측정하는 온도 측정부(360)를 포함할 수 있다. 제어부(370)는 온도 측정부(360)가 측정한 무선 충전 장치 내부 온도가 미리 설정된 임계 온도를 초과할 때, 충전 모듈 커버(330)가 하강하도록 승강 모듈(320)을 제어할 수 있다. 상기 측정된 무선 충전 장치 내부 온도가 미리 설정된 임계 온도 미만인 경우, 제어부(370)는 충전 모듈 커버(330)가 상승하도록 승강 모듈(320)을 제어할 수 있다.

제어부(370)는 무선 충전 장치로부터 물체의 충전이 완료되지 않으면, 온도 측정부(360)가 무선 충전 장치 내부 온도를 재측정하고 내부 온도 조절을 위한 동작을 수행하도록 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

충전 모듈 커버(330)는 원형, 타원형 혹은 다각형 림 형상을 가질 수 있으며, 무선 충전 장치의 케이스 상면으로부터 분리되도록 구성될 수 있다.

도 9a와 도 9b는 무선 충전 장치 동작시 내부 공기의 흐름을 도시한 것으로, 도 9a는 승강 모듈(320)을 제어하여 충전 모듈 커버(330)를 하강시키고, 이로 인해 무선 충전 장치 상부에 홀을 형성하여 무선 충전 장치 외부 공기를 내부로 유입시키는 것을 도시한 것이다.

도 9b는 충전 모듈 커버(330)의 하강과 함께 무선 충전 장치 내부의 팬(340)이 동작하도록 제어하여 내부 공기를 외부로 유출시키는 것을 도시한 것으로, 무선 충전 장치 내부 공기가 효과적으로 순환될 수 있다.

도 9a와 도 9b의 공기 흐름을 통하여 무선 충전 장치 외부 공기가 유입하고 내부 열이 방출됨으로써, 별도의 테이블 구조 변경 없이도 무선 충전 장치(300)의 방열 효과를 개선할 수 있다.

도 10은 무선 충전 장치의 구동 방법에 대한 흐름도를 도시한 것으로, 충전 모듈(310)이 커버(330) 위에 놓인 무선 충전이 가능한 스마트 단말기를 검출(S1010)하면, 제어부(370)는 충전 모듈을 제어하여 단말기의 충전을 시작한다(S1020).

이 때 제어부(370)는 승강 모듈(320)을 제어함으로써 충전 모듈 커버(330)를 하강(S1030)시켜 상부에 홀을 형성함으로써 무선 충전 장치 외부 공기를 내부로 유입시킬 수 있다. 또한, 제어부(370)는 무선 충전 장치 내부의 팬(340)을 제어(S1030)하여 공기를 효과적으로 순환시킬 수 있다. 무선 충전 장치의 제어부(370)는 물체의 충전이 완료되었는지 확인(S1040)하여, 충전이 완료된 경우 상기 승강 모듈 또는 상기 팬의 동작을 정지(S1050)시킬 수 있으며, 충전이 완료되지 않은 경우 상기 승강 모듈 또는 상기 팬의 동작을 유지(S1030)시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선 충전 장치 내부의 온도 측정부로부터 측정된 온도에 따라 무선 충전 장치 동작을 제어하는 흐름도를 도시한 것이다. 충전 모듈(310)에 의해 단말기의 충전이 시작(S1020)되면 무선 충전 장치 내부의 온도 측정부(360)가 무선 충전 장치 내부의 온도를 측정(S1100)한다.

제어부(370)는 상기 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우 승강 모듈(320) 또는 팬(340)이 동작(S1030)하도록 제어한다. 상기 측정된 온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우에는 무선 충전 장치 내부의 방열이 불필요하므로 승강 모듈 또는 팬의 동작을 정지시켜 전력 소모를 방지할 수 있다. 제어부(370)는 단말기의 충전이 완료되었는지 확인(S1040)하고, 충전 완료되지 않을 때 상기 온도 측정부(360)가 무선 충전 장치의 내부 온도를 재측정(S1100)하도록 제어할 수 있다.

따라서, 테이블 구조의 별도 변경 없이 무선 충전 장치 내부의 열을 효율적으로 방출할 수 있으며, 충전 모듈 커버를 반복적으로 상하로 이동시키고, 무선 충전 장치 내부 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우에 승강 모듈 또는 팬이 동작하도록 제어함으로써 충전 효율 향상과 방열 효과 개선을 동시에 도모할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 무선 전력 전송 장치 110: 전력 변환부
120: 통신부 130: 제어부
140: 전원부 200: 무선 전력 수신 장치
210: 전력 수신부 220: 통신부
230: 제어부 250: 충전부
300: 무선 충전 장치 310: 충전 모듈
320: 승강 모듈 330: 충전 모듈 커버
340: 팬 350: 통풍구
360: 온도 측정부 370: 제어부
380: 케이스 상면 400: 충전 단말기

Claims

외관을 형성하는 케이스;
상부에 올려진 단말기를 무선 충전하기 위한 충전 모듈; 및
상기 충전 모듈을 상하로 이동시키는 승강 모듈을 포함하되,
상기 승강 모듈이 상기 충전 모듈을 하강시킴으로써 상기 케이스의 상면과 상기 충전 모듈의 커버를 분리시켜 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 충전 모듈이 상기 상부에 단말기가 올려진 것을 감지할 때 상기 승강 모듈이 상기 충전 모듈을 하강시키는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 승강 모듈은, 상기 충전 모듈이 전력을 전송하는 동안 반복적으로 상기 충전 모듈을 상하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제1 항에 있어서,
무선 충전 장치는 온도 측정부를 더 포함하되,
상기 승강 모듈은, 상기 온도 측정부를 통해 측정된 상기 무선 충전 장치 내부의 온도가 임계 온도를 초과할 때 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제1 항에 있어서,
하단에 통풍구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
제5 항에 있어서,
팬을 더 포함하는 무선 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 홀은 원형, 타원형 혹은 다각형 림 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
충전 모듈의 상부에 단말기가 놓인 것을 감지할 때, 상기 단말기에 전력을 무선으로 전송하는 단계; 및
승강 모듈을 제어하여 상기 충전 모듈을 상하로 이동시키는 단계를 포함하는 무선 충전 방법.
제8 항에 있어서,
상기 단말기에 전력을 무선으로 전송하는 동안 상기 충전 모듈을 반복적으로 상하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
제8 항에 있어서,
무선 충전 장치 내부의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 온도에 기초하여, 상기 승강 모듈이 동작하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 무선 충전 방법.
제10 항에 있어서,
상기 측정된 온도가 임계 온도를 초과할 때 상기 충전 모듈이 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
제8 항에 있어서,
상기 단말기에 전력을 무선으로 전송하는 동안 팬을 구동하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 무선 충전 방법.