JP2014107539A - 無接点電力伝送装置の磁性体シート - Google Patents

無接点電力伝送装置の磁性体シート Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、磁性体シート及びこれを含む無接点電力伝送装置に関する。
【解決手段】本発明の一実施形態による磁性体シートは、フェライトシートと、上記フェライトシートの上部に形成された高分子樹脂及び金属粉末を含む金属シートと、上記フェライトシートと上記金属シートとの間に挿入された接着フィルムと、を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導を利用して無線で電力伝送を行うことができる無接点電力伝送装置の磁性体シートに関する。
近年、携帯端末などに内蔵される二次電池を充電するために、電力を無接点で伝送するシステムが研究されている。
通常、無接点電力伝送装置は、電力を伝送する無接点電力伝送装置と、電力を受信して貯蔵する無接点電力受信装置と、を含む。
このような無接点電力伝送装置は、電磁誘導を利用して電力を送受信し、このためにそれぞれの内部にはコイルが備えられる。
回路部とコイル部で構成された無接点電力受信装置は、携帯電話のケースあるいはクレードル（ｃｒａｄｌｅ）形態の追加アクセサリー器具に付着されてその機能を発現する。
無接点電力伝送装置の作動原理について説明すると、無接点電力伝送装置の電源部に外部から供給される家庭用交流電源が入力される。
入力された家庭用交流電源は、電源変換部で直流電源に変換された後、特定の周波数の交流電圧にまた変換されて無接点伝送装置に提供される。
交流電圧が無接点電力伝送装置のコイル部に印加されると、コイル部周辺の磁界が変化する。
無接点電力伝送装置と隣接するように配置される無接点電力受信装置のコイル部の磁界が変化するに伴い、無接点電力受信装置のコイル部は電源を出力して二次電池を充電する。
このような無接点電力伝送装置は、通信距離増大のためにＲＦアンテナと金属バッテリーとの間に磁性体シートを位置させる。
磁性体シートは、無接点電力伝送装置のＥＭＩ対策用又は放熱対策用などとして高透磁率を有するフェライトシートが用いられるが、フェライトシートは低い弾性係数によって、衝撃又は機械的応力を受ける場合に亀裂又はフェライト粉末落下が生じるという問題点がある。
フェライトシートに衝撃や機械的応力によって亀裂やフェライト粉末落下が発生する場合、磁気特性が弱くなって透磁率が低下し、ＥＭＩを減少させる特性が低下する。
フェライトシートを製品に常用するためには、平面、曲面、又は凹凸の表面に沿って接着、剥離を繰り返して行うことが可能で、フェライト粉末落下のない高透磁率のフェライトシートでなければならない。
従来、フェライトシートの焼結前に少なくとも一つの連続するＵ型溝又はＶ型溝を有するようにして、焼結後に接着フィルムとＰＥＴフィルムとの間にフェライト基板を積層することで柔軟なフェライト基板を製造する。このようにフェライトシートのみを用いて無接点電力伝送装置を製造する場合、有線で電力を伝送することに比べて効率が低下するという問題がある。
したがって、無接点電力受信装置の商用化のために、無接点電力伝送装置の効率が有線電力伝送装置の効率の７０％以上となる無接点電力伝送装置の開発が必要である。
また、電力受信時に無接点電力受信装置で発生する熱がバッテリー又は電子機器に流入するという問題がある。
これによりバッテリー又は電子機器に熱による損傷が発生する可能性があるため、このような電力受信時に発生する熱がバッテリー又は電子機器に流入しないようにする無接点電力受信装置が必要である。
下記先行技術文献に記載の特許文献１は、フェライト及びポリマーを含む混合物で形成された電磁波防止シートについて開示しているが、本発明のようなフェライトシートと金属シートの二重構造については開示していない。
韓国公開特許第２００９‐００３４６５１号公報
本発明の目的は、無接点電力伝送装置の効率増大、放熱特性の増大、及び柔軟性の確保のために、フェライトシートと、高分子樹脂と、金属粉末と、を含む金属シートを接着フィルムで付着した磁性体シート及びこれを備える無接点電力伝送装置を提供することにある。
本発明の一形態による磁性体シートは、フェライトシートと、上記フェライトシートの上部に形成された高分子樹脂及び金属粉末を含む金属シートと、上記フェライトシートと上記金属シートとの間に挿入された接着フィルムと、を含むことができる。
上記フェライトシートは、ＮｉＺｎＣｕ又はＭｎＺｎであることができる。
上記金属粉末は、鉄、アルミニウム、シリコン、コバルト及び亜鉛のうち少なくとも一つであることができる。
また、上記金属粉末は、センダスト（Ｆｅ‐Ｓｉ‐Ａｌ ａｌｌｏｙ）系、パーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）系、及び非晶質系のうち少なくとも一つであることができる。
上記高分子樹脂は、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）、天然ゴム、ニトリルブタジエン（Ｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系及びポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系の樹脂のうち少なくとも一つであることができる。
上記磁性体シートの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることができる。
本発明の他の形態による無接点電力伝送装置は、無接点電力伝送装置で発生した誘導磁界を受けて電源を発生させるコイル部と、上記コイル部の上部に位置しており、フェライトシートと、上記フェライトシートの上部に配置され、高分子樹脂及び金属粉末を含む金属シートと、上記フェライトシートと上記金属シートとの間に挿入された接着フィルムと、で構成された磁性体シートを含むシールド部と、上記コイル部で発生した電源を出力し、上記シールド部の上部に位置する電源出力部と、を含むことができる。
上記電源出力部は、充放電が可能な二次電池を含むことができる。
上記フェライトシートはＮｉＺｎＣｕ又はＭｎＺｎであることができる。
上記金属粉末は、鉄、アルミニウム、シリコン、コバルト及び亜鉛のうち少なくとも一つであることができる。
また、上記金属粉末は、センダスト（Ｆｅ‐Ｓｉ‐Ａｌ ａｌｌｏｙ）系、パーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）系、及び非晶質系のうち少なくとも一つであることができる。
上記高分子樹脂は、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）、天然ゴム、ニトリルブタジエン（Ｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系及びポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系の樹脂のうち少なくとも一つであることができる。
上記磁性体シートの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることができる。
本発明によると、磁性体シートを構成しているフェライトシートと金属シートが互いに異なる可用周波数範囲を有するため、無接点電力伝送とともに近距離通信（ＮＦＣ、Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）が可能である。
また、金属シートの高分子成分が充電時に発生し得る熱を周辺に拡散させることで発熱問題を減少させることができる。
また、高分子樹脂と金属粉末からなる金属シートはフェライトシートの硬性を減少させるため、磁性体シートの柔軟性を向上させることができる。
本発明の一実施形態による磁性体シートを概略的に図示した斜視図である。 図１の磁性体シートの断面図である。 本発明の他の実施形態による無接点電力伝送装置を概略的に図示した分解斜視図である。 図３の無接点電力伝送装置の断面図である。 本発明の実施形態による磁性体シートの製作工程を図示したフローチャートである。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
以下、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。一方、本実施例を説明するにあたり、無接点電力伝送装置は、電力を伝送する無接点電力伝送装置と、電力を受信して貯蔵する無接点電力受信装置を包括的に示す。
図１は本発明の実施形態による磁性体シート１０を概略的に図示した斜視図であり、図２は図１の磁性体シート１０の断面図である。
図１及び図２を参照すると、本実施形態による磁性体シート１０は、フェライトシート１１と、金属シート１２と、上記フェライトシート１１と金属シート１２とを付着する接着フィルム１３と、を含むことができる。
上記フェライトシート１１の材質はフェライト軟磁性体であることができ、好ましくは、ＮｉＺｎＣｕ又はＭｎＺｎであることができるが、これに制限されるものではない。
上記金属シート１２は、高分子樹脂と、金属粉末と、を含むことができる。
金属シート１２の金属粉末は、鉄、アルミニウム、シリコン、コバルト及び亜鉛のうち少なくとも一つであることができるが、これに制限されるものではない。
また、上記金属シート１２の金属粉末は、センダスト（Ｆｅ‐Ｓｉ‐Ａｌ ａｌｌｏｙ）系、パーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）系、及び非晶質系のうち少なくとも一つであることもできるが、これに制限されるものではない。
上記金属シート１２に含まれた金属粉末は、上記フェライトシート１１と互いに異なる周波数領域帯の信号を受信することができる材質であることができ、この場合、無接点電力伝送と近距離通信（ＮＦＣ、Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を同時に可能にする。
上記金属シート１２に含まれた高分子樹脂は、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）、天然ゴム、ニトリルブタジエン（Ｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系及びポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系の樹脂のうち少なくとも一つであることができるが、これに制限されるものではない。
上記金属シート１２に含まれた高分子樹脂は、充電時に引き起こされ得るバッテリーや電子機器に向かう熱を周辺に拡散する機能を果し、金属シート１２の放熱特性を改善する機能を果たす。
また、上記金属シート１２に含まれた上記高分子樹脂は、上記フェライトシート１１の硬性を減少させることで上記磁性体シート１０の柔軟性を向上させる機能を果たす。
上記接着フィルム１３は、上記フェライトシート１１と上記金属シート１２が互いに分離されないように付着する機能を果たし、無接点電力伝送時に発生する熱を放出する熱経路を提供する機能を果たす。
上記接着フィルム１３は、熱伝導性に優れた材質からなることができ、好ましくは、エポキシであることができるが、これに制限されるものではない。
上記磁性体シート１０の上記フェライトシート１１及び上記金属シート１２は少なくとも１つ以上であることができる。
上記磁性体シート１０の厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることができる。
上記磁性体シート１０の厚さが０．１ｍｍ以上である場合には無接点電力伝送装置の効率が著しく増加し、０．５ｍｍ以下である場合には無接点電力伝送装置の一構成として商用性を確保することができる。
下記の表１は磁性体シートの厚さによる無接点電力伝送装置の効率を示している。
Figure 2014107539
上記表１から分かるように、磁性体シート１０の厚さが０．１ｍｍ未満である場合には無接点電力伝送装置の効率が著しく低下し、０．５ｍｍを超える場合には無接点電力装置の全体厚さが増加して商用性が低下する。
図３は本発明の他の実施形態による無接点電力伝送装置を概略的に図示した分解斜視図であり、図４は図３の無接点電力伝送装置の断面図である。
図３及び図４を参照すると、本発明の他の実施形態による無接点電力伝送装置は、無接点電力伝送装置で発生した誘導磁界を受けて電源を発生させるコイル部２２０と、上記コイル部２２０の上部に位置しており、フェライトシート１１と、高分子樹脂及び金属粉末を含む金属シート１２と、上記フェライトシートと上記金属シートとの間に挿入された接着フィルム１３と、で構成された磁性体シート１０を含むシールド部２１０と、上記コイル部２２０で発生した電源を出力し、上記シールド部の上部に位置する電源出力部２３０と、を含むことができる。
上記電源出力部２３０は、充放電が可能な二次電池を含むことができ、好ましくは、Ｌｉ‐ｉｏｎ二次電池であることができるが、これに制限されるものではない。
上記コイル部２２０は、配線パターンの形態に形成されて一つのコイルが連結されるか、多数のコイルが並列に連結されて一つのコイルパターンを形成することができる。
上記コイル部２２０の内部には磁路が形成されることができる。
上記コイル部２２０は、巻線形態に製作されるか、柔軟性フィルム形態に製作されることができるが、これに制限されるものではない。
上記コイル部２２０は、入力される電源を誘導磁界を利用して伝送するか、誘導磁界を受信して電源が出力できるようにすることで無接点電力伝送を可能にすることができる。
上記シールド部２１０は、上記コイル部２２０で発生する磁界を受ける機能を果し、上記コイル部２２０のインダクタンスを上昇させる機能を有する。
また、上記シールド部２１０は、上記無接点電力伝送装置の伝送部と受信部が所定距離離れていても電力伝送を可能にする機能を有する。
図５は本発明の実施形態による磁性体シート１０の製造工程を図示したものである。
図５を参照すると、磁性体シートを製造する工程は、フェライト粉末及び結合剤を混合した混合物を用いてフェライトシート１１を製造するする段階（Ｓ４１０）と、高分子樹脂及び金属粉末を別に混合して金属シート１２を製造する段階（Ｓ４２０）と、接着フィルム１３を用いてフェライトシート１１と金属シート１２を積層する段階（Ｓ４３０）と、からなることができる。
下記の表２は無接点電力受信装置２００の電源出力部２３０に二次電池を連結した後、無接点電力伝送装置を用いて上記二次電池を充電して、充電効率を測定した実験例を示す。
Figure 2014107539
表２は本発明による磁性体シートを製作して有線電力伝送装置との効率を比較したものである。
実施例１及び実施例２は、本発明による磁性体シートを用いた無接点電力伝送装置である。
比較例１及び比較例２は、磁性体シートを金属のみで製作した無接点電力伝送装置である。
比較例３及び比較例４は、磁性体シートをフェライトのみで製作した無接点電力伝送装置である。
表２によると、本発明の磁性体シートの効率は７０％以上であり、金属のみを用いた磁性体シート（比較例１及び比較例２）やフェライトのみを用いた磁性体シート（比較例３及び比較例４）より高い効率を示すことが分かる。
以上で説明した本発明による磁性体シート及びこれを含む無接点電力伝送装置は上述した実施形態に限定されず、多様な応用が可能である。
例えば、図３及び図４には磁性体シート１０のフェライトシート１１の一面がコイル部２２０に接するように図示されているが、これと異なり、金属シート１２の一面がコイル部２２０に接するように形成されることもできる。
さらに、図３及び図４には無接点電力受信装置についてのみ図示されているが、本発明の磁性体シート１０は、無接点電力受信装置に適用することも可能である。
また、上述した実施形態では、無接点電力伝送装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、電力を充電して利用することができる全ての電子装置と、電力を伝送することができる全ての電力伝送装置に幅広く適用することができる。
１０ 磁性体シート
１１ フェライトシート
１２ 金属シート
１３ 接着フィルム
２００ 無接点電力受信装置
２１０ １次シールド部
２２０ １次コイル部
２３０ 電源出力部

Claims (13)

  1. フェライトシートと、
    前記フェライトシートの上部に配置され、前記フェライトシートの変形時に柔軟にさせ、高分子樹脂及び金属粉末を含む金属シートと、
    前記フェライトシートと前記金属シートとの間に挿入された接着フィルムと、を含む、磁性体シート。
  2. 前記フェライトシートは、ＮｉＺｎＣｕ又はＭｎＺｎを含む、請求項１に記載の磁性体シート。
  3. 前記金属粉末は、鉄、アルミニウム、シリコン、コバルト及び亜鉛のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の磁性体シート。
  4. 前記金属粉末は、センダスト（Ｆｅ‐Ｓｉ‐Ａｌ ａｌｌｏｙ）系、パーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）系、及び非晶質系の高透磁率材料のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の磁性体シート。
  5. 前記高分子樹脂は、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）、天然ゴム、ニトリルブタジエン（Ｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系及びポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系の樹脂のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の磁性体シート。
  6. 前記磁性体シートの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである、請求項１に記載の磁性体シート。
  7. 無接点電力伝送装置で発生した誘導磁界を受けて電源を発生させるコイル部と、
    前記コイル部の上部に位置しており、フェライトシートと、前記フェライトシートの上部に配置され、高分子樹脂及び金属粉末を含む金属シートと、前記フェライトシートと前記金属シートとの間に挿入された接着フィルムと、で構成された磁性体シートを含むシールド部と、
    前記コイル部で発生した電源を出力し、前記シールド部の上部に位置する電源出力部と、を含む、無接点電力伝送装置。
  8. 前記電源出力部は、充放電が可能な二次電池を含む、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
  9. 前記フェライトシートは、ＮｉＺｎＣｕ又はＭｎＺｎである、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
  10. 前記金属粉末は、鉄、アルミニウム、シリコン、コバルト及び亜鉛のうち少なくとも一つである、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
  11. 前記金属粉末は、センダスト（Ｆｅ‐Ｓｉ‐Ａｌ ａｌｌｏｙ）系、パーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）系、及び非晶質系の高透磁率材料のうち少なくとも一つである、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
  12. 前記高分子樹脂は、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）、天然ゴム、ニトリルブタジエン（Ｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系及びポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系の樹脂のうち少なくとも一つである、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
  13. 前記磁性体シートの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである、請求項７に記載の無接点電力伝送装置。
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