KR101453465B1 - Soft magnetism sheet, wireless power receiving apparatus and wireless charging method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하는 연자성층, 상기 기판 상에 적층되며, 상기 홀의 내부에 배치되어 무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 집속하는 시트 형태의 자석, 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 그리고 상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부를 포함한다.A wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a soft magnetic layer stacked on the substrate, the soft magnetic layer being made of a soft magnetic material and including a hole, A sheet-like magnet disposed in a sheet-like shape for concentrating a magnetic field coming from a permanent magnet of the wireless power transmission apparatus; a reception antenna stacked on the soft magnetic layer for receiving electromagnetic energy radiated from the wireless power transmission apparatus; , And a circuit unit for converting the electromagnetic energy into electric energy.

Description

연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법{SOFT MAGNETISM SHEET, WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS AND WIRELESS CHARGING METHOD OF THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a soft magnetic sheet, a wireless power receiving device, and a wireless charging method therefor. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 전력 수신 장치에 포함되는 안테나용 연자성 시트의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soft magnetic sheet, a wireless power receiving apparatus and a wireless charging method thereof, and more particularly to a structure of a soft magnetic sheet for an antenna included in a wireless power receiving apparatus.

무선 통신 기술의 발달에 따라, 전자기기에게 전력을 무선으로 공급하는 무선 전력 송수신 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 무선 전력 송수신 기술은 휴대 단말의 배터리 충전뿐만 아니라, 가정용 전자제품에 대한 전력 공급, 전기자동차나 지하철에 대한 전력 공급 등에도 다양하게 적용될 수 있다.Background Art [0002] With the development of wireless communication technology, there is a growing interest in wireless power transmission / reception technology for wirelessly supplying electric power to electronic devices. Such wireless power transmission / reception technology can be applied not only to battery charging of a portable terminal, but also to power supply for household electric appliances, power supply to electric vehicles and subways.

일반적인 무선 전력 송수신 기술은 자기 유도 또는 자기 공진의 원리를 이용한다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치의 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하면, 송신 안테나는 전기 에너지를 전자기 에너지로 변환하여 주변으로 방사할 수 있다. 그리고, 무선 전력 수신 장치의 수신 안테나는 송신 안테나로부터 방사된 전자기 에너지를 수신하고, 이를 전기 에너지로 변환할 수 있다.Typical wireless power transmission and reception techniques utilize the principles of magnetic induction or self-resonance. For example, when electrical energy is applied to a transmission antenna of a wireless power transmission device, the transmission antenna can convert electrical energy into electromagnetic energy and radiate it to the surroundings. The receiving antenna of the wireless power receiving apparatus can receive the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna and convert it into electric energy.

이때, 전력 송수신 효율을 높이기 위하여, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 에너지 손실을 최소화할 필요가 있다. 이를 위하여, 송신 안테나와 수신 안테나를 유효 거리 이내에서 상호 정렬시킬 필요가 있다. 또한, 송신 안테나와 수신 안테나 주변에 연자성 소재를 배치하여, 송신 안테나가 방사하는 전자기 에너지를 수신 안테나의 방향으로 집속시킬 필요가 있다.At this time, in order to increase the power transmission / reception efficiency, it is necessary to minimize the energy loss between the wireless power transmission apparatus and the wireless power reception apparatus. To this end, it is necessary to align the transmitting and receiving antennas within the effective distance. In addition, it is necessary to dispose the soft magnetic material around the transmitting antenna and the receiving antenna so that the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna is focused in the direction of the receiving antenna.

이러한 수신 안테나용 연자성 소재는 주파수 범위 및 원리(예, 자기 유도, 자기 공진)에 따라 달라질 수 있다.Such a soft magnetic material for the receiving antenna may vary depending on the frequency range and the principle (for example, magnetic induction, self resonance).

일반적으로, 수신 안테나용 연자성 소재로 연자성 성질을 띄는 금속 재료(예, Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr 및 Fe-Si-B 중 적어도 하나, 레진(resin), 첨가제를 포함하는 복합체(composite)) 또는 페라이트 소재가 사용된다.Generally, the soft magnetic material for the receiving antenna includes at least one of a soft magnetic material (e.g., at least one of Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr, and Fe-Si-B, Composite) or a ferrite material is used.

한편, 송신 안테나와 수신 안테나를 상호 정렬시키기 위하여, 무선 전력 송신 장치는 영구 자석을 포함할 수도 있다. 무선 전력 수신 장치(예, 스마트폰)를 무선으로 충전하기 위하여 무선 전력 송신 장치(예, 송신 패드)에 올려 놓는 경우, 무선 전력 송신 장치에 포함된 영구 자석의 힘으로 무선 전력 수신 장치를 이동시킬 수 있어, 송신 안테나와 수신 안테나가 최적의 위치로 교정될 수 있다.On the other hand, in order to align the transmitting antenna with the receiving antenna, the wireless power transmitting device may include a permanent magnet. When a wireless power receiving device (e.g., a smart phone) is placed on a wireless power transmitting device (e.g., a transmitting pad) for wireless charging, the wireless power receiving device is moved by the force of the permanent magnet included in the wireless power transmitting device So that the transmission antenna and the reception antenna can be calibrated to the optimum position.

그러나, 이러한 영구 자석은 두께가 상대적으로 두꺼운 송신 안테나용 연자성 소재에는 큰 영향을 미치지 않지만, 수신 안테나용 연자성 소재의 투자율을 저하시킬 수 있다. 두께가 얇은 연자성 소재는 평면 방향으로 높은 투자율을 가지므로, 영구 자석으로부터 나온 자기장에 의하여 수신 안테나용 연자성 소재의 자화값이 포화될 수 있기 때문이다. 그 결과, 송신 안테나로부터 나온 전자기 에너지가 누설되어, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 전송 효율이 낮아지게 된다.However, such a permanent magnet does not greatly affect the soft magnetic material for the transmission antenna having a relatively large thickness, but it can lower the magnetic permeability of the soft magnetic material for the reception antenna. This is because the soft magnetic material having a small thickness has a high magnetic permeability in the planar direction, so that the magnetization value of the soft magnetic material for the receiving antenna can be saturated by the magnetic field generated from the permanent magnet. As a result, the electromagnetic energy from the transmitting antenna leaks, and the transmission efficiency between the transmitting antenna and the receiving antenna is lowered.

이에 따라, 금속 재료를 이용하여 포화 자화가 높은 연자성 소재를 얻는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 연자성 소재를 이용하더라도, 영구 자석이 포함되지 않은 무선 전력 송신 장치를 사용하는 경우에 비하여 낮은 전력 수신 효율을 보이게 된다.Accordingly, a technique of obtaining a soft magnetic material having a high saturation magnetization by using a metal material has been proposed. However, even when such a soft magnetic material is used, a low power receiving efficiency is obtained as compared with the case of using a wireless power transmitting apparatus not including a permanent magnet.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 전력 수신 장치의 무선 전력 수신 효율을 개선하기 위한 수신 안테나용 연자성 시트의 구조를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structure of a soft magnetic sheet for a receiving antenna for improving wireless power receiving efficiency of a wireless power receiving apparatus.

본 발명의 한 실시예에 따른 무선으로 전력을 충전하기 위한 무선 전력 수신 장치에 있어서, 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하는 연자성층, 상기 기판 상에 적층되며, 상기 홀의 내부에 배치되어 무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 집속하는 시트 형태의 자석, 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 그리고 상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부를 포함한다.A wireless power receiving apparatus for wirelessly charging electric power according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a soft magnetic layer stacked on the substrate and made of a soft magnetic material and including a hole, A sheet-like magnet stacked on the soft magnetic layer and configured to concentrate a magnetic field generated from the permanent magnet of the wireless power transmission device, disposed in the hole, a laminated layer stacked on the soft magnetic layer, for receiving electromagnetic energy radiated from the wireless power transmission device An antenna, and a circuit unit connected to the reception antenna and converting the electromagnetic energy into electric energy.

상기 시트 형태의 자석은 단면 다극 착자된 자석일 수 있다.The sheet-like magnet may be a cross-section multipolar magnet.

상기 시트 형태의 자석은 상하 착자된 자석일 수 있다.The sheet-like magnet may be an up-and-down magnet.

상기 수신 안테나는 상기 연자성층 상에서 상기 연자성층과 평행한 방향으로 감겨진 코일 면으로 이루어지며, 상기 홀은 상기 코일 면의 내부에 형성될 수 있다.The reception antenna comprises a coil surface wound on the soft magnetic layer in a direction parallel to the soft magnetic layer, and the hole may be formed inside the coil surface.

상기 시트 형태의 자석의 두께는 상기 연자성층의 두께 이상이며, 상기 연자성층과 상기 코일면을 합한 두께 이하일 수 있다.The thickness of the sheet-shaped magnet may be equal to or greater than the thickness of the soft magnetic layer, and may be equal to or less than the total thickness of the soft magnetic layer and the coil surface.

상기 홀의 주변에는 적어도 하나의 차단선이 형성될 수 있다.At least one shielding line may be formed around the hole.

상기 연자성층 상에 적층되며, 상기 수신 안테나를 둘러싸는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)용 안테나를 더 포함할 수 있다.And a near field communication (NFC) antenna stacked on the soft magnetic layer and surrounding the receiving antenna.

상기 시트 형태의 자석과 상기 홀의 둘레는 이격될 수 있다.The perimeter of the hole and the magnet in the form of a sheet can be spaced apart.

본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법은 무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 상기 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트에 형성된 홀의 내부에 배치되는 시트 형태의 자석을 이용하여 흡수하는 단계, 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일로부터 방사된 전자기 에너지를 수집하는 단계, 수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계, 그리고 변환한 전기 에너지를 이용하여 충전하는 단계를 포함한다.A wireless charging method of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention uses a magnet in the form of a sheet disposed inside a hole formed in a soft magnetic sheet of the wireless power receiving apparatus Collecting the electromagnetic energy radiated from the transmission coil of the wireless power transmission device, converting the collected electromagnetic energy to electrical energy, and charging using the converted electrical energy.

본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트는 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하는 연자성층, 상기 홀의 내부에 배치되는 시트 형태의 자석, 그리고 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나를 포함한다.A soft magnetic sheet of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a soft magnetic layer made of a soft magnetic material and including a hole, a magnet in the form of a sheet disposed inside the hole, And a receiving antenna for receiving electromagnetic energy radiated from the wireless power transmission device.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치에서 수신 안테나의 전자기 에너지 집속 성능을 높일 수 있어, 전력 전송 효율을 최대화할 수 있다. 또한, 얇은 두께에서도 요구되는 수준의 전자기 에너지 집속 효과를 얻을 수 있어, 슬림화 추세의 다양한 전자기기(예, TV, 휴대 단말, 노트북, 테블릿 PC 등) 기술에 적용이 가능하다.According to the embodiment of the present invention, the electromagnetic energy focusing performance of the receiving antenna can be enhanced in the wireless power receiving apparatus, and the power transmission efficiency can be maximized. In addition, it is possible to obtain a desired electromagnetic energy focusing effect even in a thin thickness, and thus it can be applied to a variety of electronic devices (eg, TV, portable terminal, notebook, and tablet PC) having a slim trend.

그리고, 전자기 에너지 집속 성능이 우수하고, 재료의 가격이 저렴하므로, 전기자동차, 지하철, 전철 등의 대형 응용 분야에도 적용이 가능하다.Further, since the electromagnetic energy focusing performance is excellent and the material cost is low, it can be applied to large-sized applications such as electric vehicles, subways, and electric trains.

또한, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하더라도, 영구 자석의 영향을 흡수하여, 높은 전력 전송 효율을 얻을 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하지 않는 경우에도 호환이 가능하다.Further, even if the wireless power transmission apparatus includes a permanent magnet, the influence of the permanent magnet can be absorbed, and high power transmission efficiency can be obtained. It is also compatible with the case where the wireless power transmission device does not include a permanent magnet.

또한, 모든 소재의 연자성 시트에 적용 가능하며, 제작 공정이 간단하고, 두께의 증가가 없다.Further, it is applicable to soft magnetic sheets of all materials, and the manufacturing process is simple, and there is no increase in thickness.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 일반적인 연자성층의 상면도이고, 도 5는 도 4의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층의 상면도이고, 도 7 내지 8은 도 6의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연자성층의 상면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a block diagram illustrating a wireless power transceiver system in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a part of a wireless power transmission apparatus, and FIG. 3 is a diagram showing a part of a wireless power reception apparatus.
FIG. 4 is a top view of a general soft magnetic layer, and FIG. 5 shows a wireless power transmission / reception system including the soft magnetic layer of FIG.
FIG. 6 is a top view of a soft magnetic layer according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 8 show a wireless power transmission / reception system including the soft magnetic layer of FIG.
9 is a top view of a soft magnetic layer according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a wireless charging method of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless power transceiver system in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다. 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하고, 송신 안테나는 전기 에너지를 전자기 에너지로 변환하여 주변으로 방사한다. 무선 전력 수신 장치(200)는 송신 안테나로부터 방사된 전자기 에너지를 수신 안테나를 이용하여 수신하고, 이를 전기 에너지로 변환하여 충전한다.Referring to FIG. 1, a wireless power transmission / reception system includes a wireless power transmission apparatus 100 and a wireless power reception apparatus 200. The wireless power transmission apparatus 100 applies electrical energy to a transmission antenna, and the transmission antenna converts electrical energy into electromagnetic energy and radiates it to the surroundings. The wireless power receiving apparatus 200 receives electromagnetic energy radiated from a transmitting antenna using a receiving antenna and converts the received electromagnetic energy into electric energy to charge the antenna.

여기서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들면 송신 패드(pad)이다. 그리고, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등의 일부 구성일 수 있다. 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등은 무선 전력 수신 장치(200)만을 포함하거나, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 모두 포함하도록 설정될 수 있다.Here, the wireless power transmission apparatus 100 is, for example, a transmission pad. The wireless power receiving apparatus 200 may be a portable terminal to which wireless power transmission / reception technology is applied, a household / personal electronic product, a transportation means, and the like. A mobile terminal to which the wireless power transmission / reception technology is applied, a household / personal electronic product, a transportation means, etc. may include only the wireless power receiving apparatus 200 or may include both the wireless power transmitting apparatus 100 and the wireless power receiving apparatus 200 Can be set.

한편, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 기능과 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 기능을 동시에 가지는 모듈을 포함하도록 구성될 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치(200)는 NFC 모듈을 포함하는 외부 장치(300)와 근거리 무선 통신을 수행할 수도 있다.Meanwhile, the wireless power receiving apparatus 200 may be configured to include a module having both a wireless power conversion (WPC) function and a near field communication (NFC) function. At this time, the wireless power receiving apparatus 200 may perform short-range wireless communication with the external apparatus 300 including the NFC module.

도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing a part of a wireless power transmission apparatus, and FIG. 3 is a diagram showing a part of a wireless power reception apparatus.

도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 회로(미도시), 연자성 코어(110), 송신 안테나(120) 및 영구 자석(130)을 포함한다.2, the wireless power transmission apparatus 100 includes a transmission circuit (not shown), a soft magnetic core 110, a transmission antenna 120, and a permanent magnet 130.

연자성 코어(110)는 수 mm 두께의 연자성 소재로 이루어질 수 있다. 그리고, 송신 안테나(120)는 송신 코일로 이루어지며, 영구 자석(130)은 송신 안테나(120)에 의하여 둘러싸일 수 있다.The soft magnetic core 110 may be made of a soft magnetic material having a thickness of several mm. The transmission antenna 120 may be a transmission coil, and the permanent magnet 130 may be surrounded by a transmission antenna 120.

도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 수신 회로(미도시), 연자성층(210) 및 수신 안테나(220)를 포함한다. 연자성층(210)은 기판(미도시) 상에 적층될 수 있다. 기판은 여러 겹의 고정 시트로 이루어질 수 있고, 연자성층(210)과 접합하여, 연자성층(210)을 고정시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, the wireless power transmission apparatus 200 includes a reception circuit (not shown), a soft magnetic layer 210, and a reception antenna 220. The soft magnetic layer 210 may be laminated on a substrate (not shown). The substrate may be composed of multiple layers of fixed sheets and may be bonded to the soft magnetic layer 210 to fix the soft magnetic layer 210.

연자성층(210)은 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나(120)로부터 방사되는 전자기 에너지를 집속한다.The soft magnetic layer 210 concentrates the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna 120 of the wireless power transmission apparatus 100.

연자성층(210)은 금속 재료 또는 페라이트(ferrite) 소재로 이루어질 수 있으며, 연자성층(210)은 소결체(pellet), 플레이트(plate), 리본, 호일(foil), 필름(film) 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 단일 금속 또는 합금 분말 플레이크 및 고분자 수지를 포함하는 컴포지트 형태일 수 있다. 또는, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금 리본 또는 적층 리본일 수 있다. 또는 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 호일 또는 필름일 수 있다. The soft magnetic layer 210 may be formed of a metal material or a ferrite material and the soft magnetic layer 210 may be formed in various forms such as a sintered body (pellet), a plate, a ribbon, a foil, . ≪ / RTI > For example, the soft magnetic layer 210 may be in the form of a composite comprising a single metal or alloy powder flake containing at least one of Fe, Co, Ni and a polymeric resin. Alternatively, the soft magnetic layer 210 may be an alloy ribbon or a laminated ribbon including at least one of Fe, Co, and Ni. Or the soft magnetic layer 210 may be a foil or a film comprising at least one of Fe, Co, and Ni.

연자성층(210) 상에는 수신 안테나(220)가 적층된다. 수신 안테나(220)는 연자성층(210) 상에서 연자성층(210)과 평행한 방향으로 감겨진 코일면으로 이루어질 수 있다. 스마트폰에 적용되는 수신 안테나를 예로 들면, 외경 50mm 이내, 내경 20mm 이상의 나선형 코일(spiral coil)의 형태일 수 있다. 도시되지 않았으나, 연자성층(210)과 수신 안테나(220) 사이에는 방열층이 더 포함될 수 있다. 본 명세서에서, 연자성층(210)과 수신 안테나(220)를 연자성 시트라고 지칭할 수 있다. 연자성 시트는 연성(flexible) 구조뿐만 아니라, 소결체, 플레이트 등의 강성 구조도 의미할 수 있다.A reception antenna 220 is stacked on the soft magnetic layer 210. The receiving antenna 220 may be a coiled surface wound in a direction parallel to the soft magnetic layer 210 on the soft magnetic layer 210. For example, a receiving antenna applied to a smart phone may be in the form of a spiral coil having an outer diameter of 50 mm or less and an inner diameter of 20 mm or more. Although not shown, a heat dissipation layer may be further included between the soft magnetic layer 210 and the reception antenna 220. In this specification, the soft magnetic layer 210 and the receiving antenna 220 may be referred to as a soft magnetic sheet. The soft magnetic sheet may mean not only a flexible structure but also a rigid structure such as a sintered body, a plate and the like.

무선 전력 수신 장치(200)가 WPC 기능과 NFC 기능을 동시에 가지는 경우, 연자성층(210) 상에는 NFC 코일(230)이 더 적층될 수 있다. NFC 코일(230)은 수신 안테나(220)의 바깥을 둘러싸도록 형성될 수 있다.When the wireless power receiving apparatus 200 has the WPC function and the NFC function at the same time, the NFC coil 230 may be further stacked on the soft magnetic layer 210. The NFC coil 230 may be formed to surround the outside of the receiving antenna 220.

그리고, 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230) 각각은 단자(240)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.Each of the reception antenna 220 and the NFC coil 230 may be electrically connected to each other through a terminal 240.

한편, 수학식 1은 자기 유도 결합 계수를 나타낸다.Equation (1) represents the magnetic inductance coupling coefficient.

Figure 112013026471110-pat00001
Figure 112013026471110-pat00001

여기서, k는 자기 유도 결합 계수(inductive coupling coefficient)이고, LRx는 수신 안테나의 자체 인덕턴스(self-inductance)이며, LTx는 송신 안테나의 자체 인덕턴스이고, M은 송신 안테나와 수신 안테나 간의 상호 인덕턴스(mutual inductance)이다.Where Lx is the self inductance of the receiving antenna, L Tx is the self inductance of the transmitting antenna, and M is the inductance of the transmitting antenna and the receiving antenna, where k is the inductive coupling coefficient, L Rx is the self- (mutual inductance).

무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하며, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 이격 거리가 5mm이고, 수신 안테나가 적층된 연자성층의 두께가 0.2mm인 경우, 투자율 50 내지 200의 범위에서 자기 유도 결합 계수는 0.75 내지 0.8의 값을 가진다. 즉, 전도성 손실과 회로의 손실을 감안할 경우, 6-70%의 전송 효율을 얻는 것이 일반적이다.In the case where the wireless power transmission apparatus includes a permanent magnet and the distance between the transmission antenna and the reception antenna is 5 mm and the thickness of the soft magnetic layer in which the reception antenna is stacked is 0.2 mm, And has a value of 0.75 to 0.8. In other words, it is common to obtain a transmission efficiency of 6-70% considering the loss of conduction and the loss of circuit.

도 4는 일반적인 연자성층의 상면도이고, 도 5는 도 4의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.FIG. 4 is a top view of a general soft magnetic layer, and FIG. 5 shows a wireless power transmission / reception system including the soft magnetic layer of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)가 영구 자석(130)을 포함하는 경우, 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 연자성층(210)이 포화된다. 이에 따라, 송신 안테나(120)가 전송한 전자기 에너지가 수신 안테나(220)에 충분히 집속될 수 없어, 전력 전송 효율이 낮아지게 된다.4 and 5, when the wireless power transmission apparatus 100 includes the permanent magnet 130, the soft magnetic layer 210 is saturated by the magnetic field generated by the permanent magnet 130. Accordingly, the electromagnetic energy transmitted from the transmitting antenna 120 can not be sufficiently focused on the receiving antenna 220, resulting in a low power transmission efficiency.

본 발명의 실시예에서는, 수신 안테나가 적층되는 연자성층의 구조를 변경하여 무선 전력 송수신 효율을 높이고자 한다. 즉, 무선 전력 송신 장치의 영구 자석에 의하여 발생되는 자기장을 차단하거나 경로 변경함으로써, 연자성층의 자기 포화를 방지하고자 한다.In the embodiment of the present invention, the structure of the soft magnetic layer in which the reception antennas are stacked is changed to enhance the efficiency of wireless power transmission / reception. That is, the magnetic field generated by the permanent magnet of the wireless power transmission apparatus is blocked or changed to prevent magnetic saturation of the soft magnetic layer.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층의 상면도이고, 도 7 내지 8은 도 6의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.FIG. 6 is a top view of a soft magnetic layer according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 8 show a wireless power transmission / reception system including the soft magnetic layer of FIG.

도 6 내지 8을 참조하면, 연자성층(210)은 홀(600)을 포함한다. 홀(600)은 무선 전력 송신 장치(100)에 포함된 영구 자석(130)과 대향되는 위치(예, 수신 안테나(220)를 이루는 코일 면의 내부)에 형성될 수 있다. 홀(600)의 크기는 영구 자석(130) 크기의 0.5 내지 1.5배 수준으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(130)의 지름이 12mm인 경우, 홀(230)의 최장 거리는 6mm 내지 18mm일 수 있다.6 to 8, the soft magnetic layer 210 includes a hole 600. The hole 600 may be formed at a position opposite to the permanent magnet 130 included in the wireless power transmission apparatus 100 (e.g., inside the coil surface forming the receiving antenna 220). The size of the hole 600 may be 0.5 to 1.5 times the size of the permanent magnet 130. For example, when the diameter of the permanent magnet 130 is 12 mm, the longest distance of the hole 230 may be 6 mm to 18 mm.

그리고, 홀(600)의 내부에는 시트 형태의 자석(610)이 배치된다. 이때, 시트 형태의 자석(610)과 홀(600)의 둘레는 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 이에 따라, 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장은 시트 형태의 자석(610)에 집속되며, 시트 형태의 자석(610)과 홀(600)의 둘레의 이격으로 인하여 연자성층(210)의 평면 방향으로 전달되는 자기장을 최소화할 수 있다. 연자성층(210)의 자화값이 낮으면 수신 안테나(220)의 집속 성능이 높아지므로, 전력 전송 효율이 높아지게 된다.Inside the hole 600, a sheet-like magnet 610 is disposed. At this time, the peripheries of the sheet-like magnets 610 and the holes 600 may be separated by a predetermined distance. Accordingly, the magnetic field generated by the permanent magnet 130 is focused on the magnet 610 in the form of a sheet, and the gap between the magnet 610 in the form of a sheet and the periphery of the hole 600 causes the plane of the soft magnetic layer 210 The magnetic field transmitted in the direction of the magnetic field can be minimized. When the magnetization value of the soft magnetic layer 210 is low, the focusing performance of the receiving antenna 220 is increased, so that the power transmission efficiency is increased.

한편, 시트 형태의 자석(610)은 도 7과 같이 상하 착자되거나, 도 8과 같이 단면 다극 착자될 수 있다. 상하 착자되거나, 단면 다극 착자된 시트 형태의 자석(610)은 영구자석(130)으로부터 나온 자기장을 통과시켜 연자성층(210)의 상부로 흐르게 한다. 다만, 상하 착자된 자석(610)의 가장자리로부터 연자성층(210)의 평면 방향으로 자기장의 일부가 전달될 수 있다. 따라서, 상하 착자된 시트 형태의 자석에 비하여 단면 다극 착자된 시트 형태의 자석이 연자성층(210)의 자화값을 더욱 낮출 수 있다. On the other hand, the sheet-like magnet 610 may be magnetized up and down as shown in Fig. 7, or may be multipolar magnetized as shown in Fig. A sheet-like magnet 610 which is vertically magnetized or cross-poles magnetized passes through a magnetic field from the permanent magnet 130 and flows to the upper portion of the soft magnetic layer 210. However, a part of the magnetic field can be transmitted from the edge of the magnet 610 which is magnetized up and down in the plane direction of the soft magnetic layer 210. Therefore, the sheet-shaped magnet having a cross-section multipolar magnetization, as compared with the magnet of the sheet-shaped upper and lower magnetizations, can further lower the magnetization value of the soft magnetic layer 210.

시트 형태의 자석은 NdFeB 고무 소재, 이방성 페라이트 소재 및 등방성 페라이트 소재 중 적어도 하나일 수 있다.The sheet-like magnet may be at least one of NdFeB rubber material, anisotropic ferrite material and isotropic ferrite material.

시트 형태의 자석의 두께는 연자성층(210)의 두께 이상이고, 연자성층(210)과 코일면을 합한 두께 이하일 수 있다. 이에 따라, 홀 내부에 시트 형태의 자석을 배치하더라도, 전체적인 두께는 증가되지 않는다.The thickness of the sheet-shaped magnet may be equal to or greater than the thickness of the soft magnetic layer 210, and may be equal to or less than the total thickness of the soft magnetic layer 210 and the coil surface. Accordingly, even if a sheet-like magnet is disposed in the hole, the overall thickness is not increased.

여기서, 연자성층(210)이 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 연자성층(210)은 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상일 수 있다. 그리고, 홀(600) 및 시트 형태의 자석(610)이 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 연자성층(210)에 형성된 홀은 하나 이상일 수 있다.Here, the soft magnetic layer 210 is shown as being rectangular, but it is not limited thereto. The soft magnetic layer 210 may have various shapes such as a circle, an ellipse, and a polygon. Although the hole 600 and the magnet 610 in the form of a sheet are shown as being rectangular, the present invention is not limited thereto and may be formed in various shapes such as a circle, an ellipse, and a polygon. The number of holes formed in the soft magnetic layer 210 may be one or more.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연자성층의 상면도이다.9 is a top view of a soft magnetic layer according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 연자성층(210)은 홀(600) 외부에 형성된 차단선(isolation line, 620)을 포함한다. 차단선(620)은 펀치 또는 커팅 공정에 의하여 형성된 절단 라인 또는 에칭(etching)에 의하여 형성된 노치(notch)일 수 있다. 차단선(620)은 실선 또는 파선 형태로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 9, the soft magnetic layer 210 includes an isolation line 620 formed outside the hole 600. The shield line 620 may be a notch formed by cutting lines or etching formed by a punch or cutting process. The blocking line 620 may be in the form of a solid line or a broken line.

홀(600) 외부에 형성된 차단선(620)은 연자성층(210)의 평면 방향으로 전달되는 자기장을 차단할 수 있다. 이에 따라, 상하 착자된 시트 형태의 자석(610)의 가장자리에서 전달되는 자기장뿐만 아니라 시트 형태의 자석(610)을 통과한 후 다시 연자성층(210)으로 흡수되는 자기장의 전달도 차단될 수 있다.The shield line 620 formed outside the hole 600 may block the magnetic field transmitted in the planar direction of the soft magnetic layer 210. Accordingly, not only the magnetic field transmitted from the edge of the vertically magnetized sheet-like magnet 610 but also the transmission of the magnetic field absorbed into the soft magnetic layer 210 after passing through the sheet-shaped magnet 610 can be blocked.

표 1은 금속 소재의 연자성층의 전력 전송 효율을 실험한 결과를 나타낸다. 실험을 위하여, FeSiCr 플래이크(flake)가 90wt%이상 포함된 복합재료(두께: 0.2mm, 투자율: 50)가 연자성층으로 사용되었다. 수신 안테나를 이루는 코일면의 두께는 0.1mm이고, 코일면과 연자성층의 접착을 위하여 40 내지 50㎛의 양면 접착 시트를 사용하였다. 그리고, 연자성층에 형성된 홀의 크기는 20×10mm2이며, 시트자석의 크기는 13*5.6mm2이고, 두께는 0.3mm이었다. 시트자석으로는 Nd2Fe14B 고무자석(8MGOe), M-타입 Ba 헥사페라이트 등방성 고무자석(1MGOe), M-타입 Sr 헥사페라이트 이방성 고무자석(1.5MGOe)가 사용되었다. 시트자석이 단면 다극 착자된 경우, 수신 안테나의 장축 방향으로 N극과 S극이 2mm 간격으로 교차하였다. Table 1 shows the experimental results of the power transmission efficiency of the soft magnetic layer of the metal material. For the experiment, a composite material (thickness: 0.2 mm, permeability: 50) containing 90 wt% or more of FeSiCr flake was used as the soft magnetic layer. The thickness of the coil surface constituting the reception antenna was 0.1 mm, and a double-sided adhesive sheet of 40 to 50 탆 was used for adhesion between the coil surface and the soft magnetic layer. The size of the hole formed in the soft magnetic layer was 20 x 10 mm 2 , the size of the sheet magnet was 13 x 5.6 mm 2 , and the thickness was 0.3 mm. Nd 2 Fe 14 B rubber magnet (8MGOe), M-type Ba hexaferrite isotropic rubber magnet (1MGOe), and M-type Sr hexaferrite anisotropic rubber magnet (1.5MGOe) were used as the sheet magnet. When the sheet magnet was subjected to multipolar magnetization in the cross section, the N pole and the S pole cross at a distance of 2 mm in the longitudinal direction of the receiving antenna.

송신측의 영구 자석 유무Presence or absence of permanent magnet on transmission side 수신측 연자성층의 홀 유무Presence or absence of the reception side soft magnetic layer 홀 내부의 시트 자석 유무Presence or absence of sheet magnet inside the hole 시트자석의 소재Sheet magnet material 전송전력효율
(%)
Transmission power efficiency
(%)
×× -- -- -- 62.262.2 ×× -- -- 57.957.9 -- -- 59.859.8 ○ (상하착자)○ (up and down) NdFeB 고무자석NdFeB rubber magnet 59.959.9 ○ (상하착자)○ (up and down) 이방성 페라이트 자석Anisotropic ferrite magnets 59.859.8 ○ (상하착자)○ (up and down) 등방성 페라이트 자석Isotropic ferrite magnets 59.759.7 ○(단면다극착자)○ (cross-section multipolar magnetization) NdFeB 고무자석NdFeB rubber magnet 60.560.5 ○(단면다극착자)○ (cross-section multipolar magnetization) 이방성 페라이트 자석Anisotropic ferrite magnets 60.360.3 ○(단면다극착자)○ (cross-section multipolar magnetization) 등방성 페라이트 자석Isotropic ferrite magnets 59.959.9

표 1과 같이, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하지 않는 경우 전송 전력 효율이 62%이나, 영구 자석을 포함하는 경우 전송 전력 효율이 57.9%로 줄어들었다. 이때, 무선 전력 수신 장치의 연자성층에 홀을 형성하면 전송 전력 효율이 59.8%로 증가하며, 홀 내부에 시트 자석을 배치하면 전송 전력 효율이 더욱 증가하였다. 특히, NdFeB 소재로 된 단면 다극 착자의 시트 자석을 배치하면, 전송 전력 효율이 60.5% 까지 증가하였다. 이는 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하는지에 따른 전송 전력 효율의 차(62.2%-57.9%=4.3%)에 비하여 약 60%의 자기포화 방지 효과(2.6%/4.3%)를 보임을 알 수 있다.As shown in Table 1, when the wireless power transmission apparatus does not include a permanent magnet, the transmission power efficiency is 62%, but when the permanent magnet is included, the transmission power efficiency is reduced to 57.9%. At this time, if a hole is formed in the soft magnetic layer of the wireless power receiving apparatus, the transmission power efficiency increases to 59.8%, and if the sheet magnet is disposed in the hole, the transmission power efficiency is further increased. Particularly, when a sheet magnet of cross-section multipole magnet made of NdFeB material was disposed, the transmission power efficiency increased to 60.5%. It can be seen that the magnetic saturation prevention effect (2.6% / 4.3%) is about 60% as compared with the difference of the transmission power efficiency (62.2% -57.9% = 4.3%) depending on whether the wireless power transmission apparatus includes permanent magnets have.

표 2는 페라이트 소재의 연자성층의 전력 전송 효율을 실험한 결과를 나타낸다. 실험을 위하여, 하프슬릿(half slit)된 페라이트 시트(두께: 0.2mm, 투자율: 130)가 사용되었다. 실험에 사용된 무선 전력 송신 장치는 지름이 12mm인 영구 자석을 포함하였으며, 무선 전력 송신 장치의 연자성층으로 Ni-Zn계 페라이트가 사용되었다. 수신 안테나를 이루는 코일면의 두께는 0.1mm이고, 코일면과 연자성층의 접착을 위하여 40 내지 50㎛의 양면 접착 시트를 사용하였다. 그리고, 연자성층에 형성된 홀의 크기는 20×10mm2이며, 시트자석의 크기는 13*5.6mm2이고, 두께는 0.3mm이었다. 시트자석으로는 Nd2Fe14B 고무자석(8MGOe), M-타입 Ba 헥사페라이트 등방성 고무자석(1MGOe), M-타입 Sr 헥사페라이트 이방성 고무자석(1.5MGOe)가 사용되었다. 시트자석으로 안테나의 장축 방향으로 N극과 S극이 2mm 간격으로 교차하는 단면 다극 착자가 사용되었다.Table 2 shows the experimental results of the power transmission efficiency of the ferromagnetic soft magnetic layer. For the experiment, a half slit ferrite sheet (thickness: 0.2 mm, permeability: 130) was used. The RF power transmitter used in the experiment included a permanent magnet with a diameter of 12 mm and a Ni-Zn ferrite was used as the soft magnetic layer of the wireless power transmission device. The thickness of the coil surface constituting the reception antenna was 0.1 mm, and a double-sided adhesive sheet of 40 to 50 탆 was used for adhesion between the coil surface and the soft magnetic layer. The size of the hole formed in the soft magnetic layer was 20 x 10 mm 2 , the size of the sheet magnet was 13 x 5.6 mm 2 , and the thickness was 0.3 mm. Nd 2 Fe 14 B rubber magnet (8MGOe), M-type Ba hexaferrite isotropic rubber magnet (1MGOe), and M-type Sr hexaferrite anisotropic rubber magnet (1.5MGOe) were used as the sheet magnet. A cross-section multipolar magnet was used in which the N and S poles intersect each other at intervals of 2 mm in the longitudinal direction of the antenna with a sheet magnet.

송신측의 영구 자석 유무Presence or absence of permanent magnet on transmission side 수신측 연자성층의 홀 유무Presence or absence of the reception side soft magnetic layer 홀 내부의 시트 자석 유무Presence or absence of sheet magnet inside the hole 시트자석의 소재Sheet magnet material 전송전력효율
(%)
Transmission power efficiency
(%)
×× -- -- -- 66.266.2 ×× -- -- 53.453.4 -- -- 57.857.8 ○(단면다극착자)○ (cross-section multipolar magnetization) NdFeB 고무자석NdFeB rubber magnet 59.559.5 ○(단면다극착자)○ (cross-section multipolar magnetization) 이방성 페라이트 자석Anisotropic ferrite magnets 57.357.3 ○(단면다극착자)○ (cross-section multipolar magnetization) 등방성 페라이트 자석Isotropic ferrite magnets 57.457.4

표 2와 같이, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하지 않는 경우 전송 전력 효율이 66.2%이나, 영구 자석을 포함하는 경우 전송 전력 효율이 53.4%로 줄어들었다. 이때, 무선 전력 수신 장치의 연자성층에 홀을 형성하면 전송 전력 효율이 57.8%로 증가하며, 홀 내부에 시트 자석을 배치하면 전송 전력 효율이 더욱 증가하였다. 특히, NdFeB 소재로 된 단면 다극 착자의 시트 자석을 배치하면, 전송 전력 효율이 59.5% 까지 증가하였다. 이는 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하는지에 따른 전송 전력 효율의 차(66.2%-53.4%=12.8%)에 비하여 약 48%의 자기포화 방지 효과(6.1%/12.8%)를 보임을 알 수 있다.As shown in Table 2, when the wireless power transmission apparatus does not include a permanent magnet, the transmission power efficiency is 66.2%, but when the permanent magnet is included, the transmission power efficiency is reduced to 53.4%. At this time, if a hole is formed in the soft magnetic layer of the wireless power receiving apparatus, the transmission power efficiency increases to 57.8%, and if the sheet magnet is disposed in the hole, the transmission power efficiency is further increased. Particularly, when a sheet magnet of a cross-section multipole magnet made of NdFeB was disposed, the transmission power efficiency increased to 59.5%. It can be seen that the magnetic saturation prevention effect (6.1% / 12.8%) is about 48% as compared with the difference of the transmission power efficiency (66.2% -53.4% = 12.8%) according to whether the wireless power transmission apparatus includes permanent magnets have.

페라이트 소재는 금속 재료에 비하여 절반 이하로 포화 자화가 낮으므로, 무선 전력 송신 장치에 포함된 영구 자석의 영향을 더욱 강하게 받는다. 따라서, 무선 전력 수신 장치의 연자성층으로 페라이트 소재를 사용한 경우, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하는지에 따라 전력 전송 효율이 20% 이상 차이날 수 있다. 이에 따라, 연자성층으로 페라이트 소재가 사용되는 경우, 금속 재료가 사용되는 경우에 비하여 홀 및 시트자석에 대한 효과가 크게 나타날 수 있다. 특히, 페라이트 소재는 NFC 특성이 우수하다. 따라서, 페라이트 소재의 연자성층에 홀을 형성하여, NFC 효율과 WPC 효율을 모두 만족시키는 무선 전력 수신 장치를 얻을 수 있다. 페라이트 소재의 연자성층에 형성된 홀에 NdFeB 고무자석을 배치한 경우(전송전력효율=59.5%)가 금속 소재의 연자성층(전송전력효율=57.9%)보다 효과가 우수하므로, 페라이트 소재의 연자성층을 NFC 기능과 WPC 기능을 동시에 포함하는 구조에 적용할 수 있음을 알 수 있다.Since the ferrite material has a saturation magnetization lower than half that of the metal material, it is strongly influenced by the permanent magnet included in the wireless power transmission device. Therefore, when the ferrite material is used as the soft magnetic layer of the wireless power receiving apparatus, the power transmission efficiency may differ by 20% or more depending on whether the wireless power transmission apparatus includes the permanent magnet. Accordingly, when a ferrite material is used as the soft magnetic layer, the effect on the hole and the sheet magnet may be greater than when the metal material is used. Particularly, the ferrite material has excellent NFC characteristics. Therefore, a hole can be formed in the soft magnetic layer of the ferrite material to obtain a wireless power receiving device that satisfies both the NFC efficiency and the WPC efficiency. (Transmission power efficiency = 59.5%) is superior to the soft magnetic layer (transmission power efficiency = 57.9%) of the metal material when the NdFeB rubber magnet is disposed in the hole formed in the ferrite soft magnetic layer, It can be understood that the present invention can be applied to a structure including both NFC function and WPC function.

본 발명의 실시예에 따른 연자성층을 포함하는 무선 전력 수신 장치를 이용하여 무선 충전을 할 수 있다.It is possible to perform wireless charging using a wireless power receiving apparatus including a soft magnetic layer according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법을 나타내는 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a wireless charging method of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)의 영구 자석(130)으로부터 나오는 자기장을 연자성층(210)에 형성된 홀 내에 배치된 시트 형태의 자석으로 집속시킨다(S1000). 다음으로, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 안테나(220)는 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나(120)로부터 방사된 전자기 에너지를 수집한다(S1010). 그리고, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 회로는 수신 안테나(220)가 수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하며(S1020), 변환한 전기 에너지를 이용하여 충전한다(S1030).10, the wireless power receiving apparatus 200 focuses the magnetic field, which is generated from the permanent magnet 130 of the wireless power transmission apparatus 100, into a magnet in the form of a sheet disposed in a hole formed in the soft magnetic layer 210 S1000). Next, the receiving antenna 220 of the wireless power receiving apparatus 200 collects the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna 120 of the wireless power transmitting apparatus 100 (S1010). The receiving circuit of the wireless power receiving apparatus 200 converts the electromagnetic energy collected by the receiving antenna 220 into electrical energy (S1020), and charges the electrical energy using the converted electrical energy (S1030).

이와 같이, 영구 자석으로부터 나온 자기장을 무선 전력 수신 장치의 연자성층에 형성된 홀 내에 배치된 시트 자석으로 집속시킴으로써, 자기장이 연자성층의 평면 방향을 통하여 전달되는 것을 막으며, 연자성층의 자기 포화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 송신 안테나로부터 수신 안테나로의 전력 전송 효율을 높일 수 있다.By concentrating the magnetic field generated from the permanent magnet in the sheet magnet disposed in the hole formed in the soft magnetic layer of the wireless power receiving apparatus, the magnetic field is prevented from being transmitted through the planar direction of the soft magnetic layer and the magnetic saturation of the soft magnetic layer is prevented can do. Thus, the power transmission efficiency from the transmitting antenna to the receiving antenna can be increased.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

200: 무선 전력 수신 장치
210: 연자성층
220: 수신 안테나
600: 홀
610: 시트 형태의 자석
620: 차단선
200: Wireless power receiving device
210: soft magnetic layer
220: receiving antenna
600: hole
610: magnet in sheet form
620: Break line

Claims (8)

무선으로 전력을 충전하기 위한 무선 전력 수신 장치에 있어서,
기판,
상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하며, 상기 홀의 주변에 적어도 하나의 차단선이 형성되는 연자성층,
상기 기판 상에 적층되며, 상기 홀의 내부에 배치되어 무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 집속하는 시트 형태의 자석,
상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 그리고
상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부
를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
1. A wireless power receiving apparatus for wirelessly charging power, comprising:
Board,
A soft magnetic layer laminated on the substrate and made of a soft magnetic material and including a hole and at least one shielding line formed around the hole,
A sheet-like magnet stacked on the substrate and arranged inside the hole to concentrate a magnetic field coming from the permanent magnet of the wireless power transmission device,
A receiving antenna that is stacked on the soft magnetic layer and receives electromagnetic energy radiated from the wireless power transmission device,
A circuit unit connected to the reception antenna and converting the electromagnetic energy into electric energy;
And the wireless power receiving device.
제1항에 있어서,
상기 시트 형태의 자석은 단면 다극 착자된 자석인 무선 전력 수신 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the sheet-like magnet is a magnet having a cross-section multipolar magnetization.
제1항에 있어서,
상기 시트 형태의 자석은 상하 착자된 자석인 무선 전력 수신 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the sheet-like magnet is an up-and-down magnet.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연자성층 상에 적층되며, 상기 수신 안테나를 둘러싸는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)용 안테나를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
The method according to claim 1,
And a near field communication (NFC) antenna stacked on the soft magnetic layer and surrounding the receiving antenna.
제1항에 있어서,
상기 시트 형태의 자석과 상기 홀의 둘레는 이격되는 무선 전력 수신 장치.
The method according to claim 1,
And the periphery of the hole is spaced apart from the magnet in the sheet form.
무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법에 있어서,
무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 상기 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트에 형성되고, 주변에 적어도 하나의 차단선이 형성된 홀의 내부에 배치되는 시트 형태의 자석을 이용하여 집속하는 단계,
상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일로부터 방사된 전자기 에너지를 수집하는 단계,
수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계, 그리고
변환한 전기 에너지를 이용하여 충전하는 단계
를 포함하는 무선 충전 방법.
A wireless charging method for a wireless power receiving apparatus,
Concentrating the magnetic field coming from the permanent magnet of the wireless power transmission device using a magnet in the form of a sheet which is formed in the soft magnetic sheet of the wireless power receiving device and which is disposed inside a hole in which at least one shielding line is formed,
Collecting electromagnetic energy radiated from a transmit coil of the wireless power transmission apparatus,
Converting the collected electromagnetic energy into electric energy, and
A step of charging using the converted electric energy
Lt; / RTI >
무선 전력 수신 장치의 연자성 시트에 있어서,
연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하며, 상기 홀의 주변에 적어도 하나의 차단선이 형성되는 연자성층,
상기 홀의 내부에 배치되는 시트 형태의 자석, 그리고
상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나
를 포함하는 연자성 시트.
In a soft magnetic sheet of a wireless power receiving apparatus,
A soft magnetic layer made of a soft magnetic material and including a hole and having at least one shielding line formed around the hole,
A magnet in the form of a sheet disposed inside the hole, and
A receiving antenna disposed on the soft magnetic layer for receiving electromagnetic energy radiated from the wireless power transmission device,
And the soft magnetic sheet.
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