고속무선충전기 (Wireless and Fast Charger)

스마트폰 및 태블릿 등의 모바일 기기에는 재충전이 가능한 배터리(Rechargeable Battery)가 내장된다. 모바일 기기의 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전기가 필요하다.
일반적으로 충전기는 상용전원과 유선으로 연결되며, 상용전원으로부터 공급받은 전력에 의해 배터리를 충전시킨다. 그러나 이러한 유선 연결식 충전방법은 충전지의 연결단자가
외부에 노출되어 있어 먼지 등의 이물질에 의해 연결단자가 오염될 가능성이 높은데, 연결단자가 오염되는 경우, 충전이 정상적으로 실행되지 않는다는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선충전 기술이 개발되어 모바일 기기에 활용되고 있다. 모바일 기기를 무선충전기(Wireless Charger) 위에 올려놓으면 케이블 없이도
모바일 기기 내부의 배터리를 충전시킬 수 있다. 최근에는 고속 무선충전기가 출시되었다. 세계무선충전협회(WPC)에서 정한 국제표준(Qi)에 따르면 일반적인 무선충전기 충전전력은
5W급를 말하며, PMA(Power Meter Alliance)에 따르면 9W급을 고속 무선충전기로 분류하고 있고, 삼성의 무선충전기 운영자 매뉴얼에 따르면 9V/1.67A 이상(9V/1.67A, 9V/2A,
12V/2.1A)을 고속 무천충전기로 분류하고 있다.

고속 무선충전기는 소정 거리 이내로 모바일 기기가 접근하는 경우, 무선전력전송 기술에 따라 모바일 기기로 전력을 전송한다. 무선전력전송 기술은 근거리 무선전력전송 기술과 원거리
무선전력전송 기술로 분류될 수 있다. 근거리 무선전력전송 기술은 자기유도(Magnetic Induction, MI) 방식, 자기공명(Magnetic Resonant, MR) 방식, 마이크로파 라디에이션(Microwave Radiation)
방식으로 구분된다. 보편적으로 사용되는 자기유도 방식은 무선충전기 측의 1차 코일(무선전력 송신부)과 모바일 기기 측의 2차 코일(무선전력 수신부) 간에 유도되는 자기장을 이용하여 전력을 전달하는 방식이다.
고속 무선충전기는 전원부, 출력부, 제어부 및 무선전력 송신부를 포함한다. 전원부는 상용전원으로부터 전력을 공급받는다. 출력부는 고속 무선충전기의 동작상태를 광 신호, 청각적 신호 및 촉각적 신호 중 적어도
하나로 출력한다. 이를 위해 출력부는 발광소자(LED), 스피커 및 진동기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발광소자는 고속 무선충전기 몸의 상면, 혹은 측면에 배치될 수 있고, 스피커 및 진동기는 몸체의 내측 하부에
배치될 수 있다. 제어부는 고속 무선충전기의 각 구성요소들을 연결하고 제어한다. 예를 들어, 모바일 기기가 소정 거리 내로 접근하는 경우, 제어부는 모바일 기기로 전력이 송신될 수 있도록 무선전력 전송부를 제어한다.
이후, 모바일 기기로부터 전력 전송 중단 신호가 수신되면, 제어부는 모바일 기기로의 전력 전송을 중단한다. 무선전력 전송부는 제어부의 제어신호에 기초하여, 상용전원으로부터 공급받은 직류전력을 교류전력으로 변환하여,
무선전력 송신부의 1차 코일로 인가되면, 1차 코일에는 전류가 흐르게 되고, 이 전류에 의해 교류 자기장이 발생된다. 1차 코일에서 발생된 교류 자기장은 모바일 기기에 구비된 무선전력 수신부의 2차 코일을 통과하게 하게 되고,
2차 코일에는 유도 전류가 흐르게 된다. 2차 코일에 흐르는 유도 전류로부터 교류전력을 픽업하고, 교류전력을 직류전력으로 변환한다. 직류전력은 모바일 기기의 전원 공급부로 제공되어, 모바일 기기의 배터리를 충전하게 된다.
그러나 현재의 무선충전기는 단순히 충전 기능만을 갖기 때문에 그 활용도가 제한적이다.

우리 ㈜O2O컨티뉴엄은 상기 고속 무선충전기에 비콘(Beacon)모듈(전원부, 제어부 및 무선 통신부가 실장된)을 추가하여, 정보전송 기능이 구비된 고속 무선충전기를 개발하였고, 또한 관련기술을 특허출원 하였다.
무선 통신부는 모바일 기기로 비콘신호를 송신하고, 모바일 기기로부터 응답 신호를 수신한다. 또한 무선 통신부는 모바일 기기와 무선통신 방식에 따라 신호를 송수신할 수 있고, 무선 통신부는 비콘 칩(Beacon Chip)을
포함하는 블루투스 통신, NFC 칩을 포함하는 근거리무선통신, 그리고 와이파이 칩을 포함하는 와이파이 통신을 1개 이상 선택적으로 설치될 수 있도록 개발하였다.
이러한 무선 통신부를 포함하는 고속 무선충전기는 일정한 공간에 여러 개가 설치될 수도 있으며, 각각 다른 공간에도 동시에 여러 개가 설치될 수도 있다. 각각의 고속 무선충전 장치는 관리서버에 연결되며, 서버 관리자는
PC 혹은 모바일 기기를 활용하여 각각의 고속 무선충전 장치의 상태를 관리할 수 있다.
사용자가 개인의 모바일 기기에 전력충전을 위하여 고속 무선충전기를 사용함에 있어서, 서버 관리자는 사용자에게 유상으로 고속 무선충전기 사용을 제공할 수도 있으며, 개인 모바일에서 고속 무선충전기 사용을 위한 회원등록
절차를 실행한후에 무상으로도 제공할 수도 있다. 그리고 개인 모바일 기기 사용자의 광고수신 동의를 실행한 후에, 고속 무선충전기 제공자는 광고정보를 송신할 수도 있다. 고속 무선충전기 제공자가 상점운영자 이거나 기업이라면
“정보전송 기능이 구비된 고속 무선충전기“를 그들의 영업과 마케팅 수단으로도 이용할 수가 있고, 공공기관이라면 공공기관의 목적에 매칭되는 대국민 광고물 및 홍보물을 전달하는 수단으로 이용이 가능하다.
모바일 기기의 배터리에 전력충전 기능만 있던 고속 무선충전기에, 무선 통신부를 추가한 “정보전송 기능이 구비된 고속 무선충전기“는 모바일 기기 사용자에게 모바일 기기의 배터리에 전력충전을 실행함과 동시에 광고 뿐만 아니라
다양한 정보를 제공할 수 있는 새로운 기능성 매개장치가 된다.

1) 특허출원번호: 10-2018-0048869 (출원인: ㈜오투오컨티뉴엄, 발명의 명칭: 정보전송이 구비된 고속 무선충전 장치 제작방법과 … {Making of wireless and fast charging apparatus with information providing function, and …}

작성자 : Ph.D Son / O2O Continuum