JP2022551276A - 無線充電装置およびそれを含む移動手段 - Google Patents
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Abstract
Description
一実現例による無線充電装置は、コイル部と、前記コイル部上に配置されるシールド部と、前記コイル部と前記シールド部との間に配置される第1磁性部および第2磁性部を含む磁性部とを含み、前記第2磁性部は前記第1磁性部に対して85kHzにおいて高い透磁率を有する。
前記コイル部は、導電性ワイヤを含み得る。
前記シールド部は、前記コイル部および前記磁性部上に配置される。
前記実現例による無線充電装置は、第1磁性部と、前記第1磁性部よりもさらに高い透磁率を有する第2磁性部とを含む。
前記第1磁性部は、バインダー樹脂および前記バインダー樹脂内に分散された磁性粉末を含み得る。
[化1]
Fe1-a-b-cSiaXbYc
前記式において、XはAl、Cr、Ni、Cu、またはこれらの組み合わせであり、YはMn、B、Co、Mo、またはこれらの組み合わせであり、0.01≦a≦0.2、0.01≦b≦0.1、および0≦c≦0.05である。
前記第1磁性部は、電気自動車の無線充電標準周波数近傍で一定範囲の磁性特性を有し得る。
前記第1磁性部は、立体構造を有することにより、充電効率および放熱特性をより向上させ得る。図3Bおよび図3Dを参照すると、前記第1磁性部300は、前記コイル部200が配置される部分に対応する外郭部310と、前記外郭部310によって囲まれる中心部320とを含み、前記外郭部310の厚さが前記中央部320の厚さよりも大きくてよい。すなわち、前記第1磁性部の外郭部は、前記コイル部において導電性ワイヤの密度が高い部分に対応して位置し、前記第1磁性部の中心部は、前記コイル部において導電性ワイヤの密度が低い部分に対応して位置し得る。この際、前記第1磁性部において外郭部と中心部とは互いに一体型で形成され得る。
前記第2磁性部は、酸化物系磁性体、金属系磁性体、またはこれらの複合材料を含み得る。
前記第1磁性部は大面積を有してよく、具体的に200cm2以上、400cm2以上、または600cm2以上の面積を有し得る。また、前記第1磁性部は、10000cm2以下の面積を有し得る。また、前記大面積の第1磁性部は、多数の磁性単位体が組み合わされて構成され、この際、前記磁性単位体の面積は、60cm2以上、90cm2以上、または95cm2~900cm2であり得る。
前記第2磁性部の厚さは0.5mm~5mmであり、具体的に0.5mm~3mm、0.5mm~2mm、または1mm~2mmであり得る。前記第1磁性部の外郭部の厚さは、前記第2磁性部の厚さよりもさらに大きくてよい。例えば、前記外郭部の厚さが5mm~11mmであり、前記第2磁性部の厚さが0.5mm~3mmであり得る。
前記磁性部は、コイル部の周囲に生成する磁場の磁気経路(magnetic path)を形成することができ、前記コイル部と前記シールド部との間に配置される。
前記第2磁性部は、前記第1磁性部に対して無線充電時にさらに大きい発熱量を有するので、シールド部の近くに配置されることが有利である。例えば、前記第2磁性部としてフェライト系磁性体を含む場合、フェライト系磁性体は熱が多く発生するが熱をよく放出し得る。したがって、このような発熱量を有する前記第2磁性部を前記シールド部の近くに配置することにより、発熱低減特性をさらに向上させ得る。もし、前記高分子型磁性体を含む発熱量の少ない第1磁性部をシールド部の近くに配置する場合、前記高分子型磁性体に含まれている高分子成分が熱を蓄積するため、時間の経過とともに温度が持続的に上昇することとなり、発熱低減特性に悪影響を与え得る。
一例として、前記第2磁性部は前記第1磁性部と接触し得る。図3B~図3Dを参照すると、前記第2磁性部500は、前記第1磁性部300の外郭部上に付着され得る。
前記実現例による無線充電装置は、効果的な熱伝達のために放熱部をさらに含み得る。無線充電時に磁性部には集束された磁束の量と透磁損失に比例して多くの熱が発生するが、前記放熱部は前記磁性部で発生した熱を効率よく外部に伝達し得る。
前記放熱部は、前記磁性部と前記シールド部との間に配置される。前記放熱部は前記磁性部と前記シールド部とに同時に接触することができ、具体的に前記放熱部は前記磁性部と前記シールド部とを接着し得る。より具体的に、前記放熱部は、前記第2磁性部と前記シールド部とに同時に接触することができ、また、前記第2磁性部と前記シールド部とを接着し得る。これにより、前記第2磁性部で発生する熱が前記放熱部を介して前記シールド部に伝達され、外部に放出されるのに容易となり得る。
図6~図9Bに示すように、前記無線充電装置10は、前記第1磁性部300とシールド部400との間に配置されるトレイ800をさらに含み得る。具体的に、前記実現例による無線充電装置10は、前記第1磁性部300と前記第2磁性部500との間に配置されるトレイ800をさらに含み得る。
図1Aおよび図1Bに示すように、前記無線充電装置10は、前記コイル部200を支持する支持部100をさらに含み得る。前記支持部の材質および構造は、無線充電装置に使用される通常の支持部の材質および構造を採用し得る。前記支持部は、平板構造またはコイルを固定できるように、コイル部形状に沿って溝が掘られた構造を有し得る。
図1Aおよび図1Bに示すように、前記実現例による無線充電装置10は、前述の構成要素を収容するハウジング600をさらに含み得る。
一方、本発明の無線充電装置は、3kW~22kW、4kW~20kW、または5kW~18kWの高電力無線充電を行う場合、発熱を効率良く減少させ、充電効率を向上させ得るので、高電力無線充電用として有用に使用し得る。
図11は、無線充電装置が適用された移動手段、具体的に電気自動車を示すものであり、下部に無線充電装置を備え、電気自動車用無線充電システムが設けられた駐車区域において無線で充電され得る。
(実施例)
以下、実施例を説明するが、実現可能な範囲はこれらに限定されない。
[段階1:第1磁性部の製造-立体構造]
42.8重量部の磁性粉末、15.4重量部のポリウレタン系樹脂分散液(ポリウレタン系樹脂25重量%、2-ブタノン75重量%)、1.0重量部のイソシアネート系硬化剤分散液(イソシアネート系硬化剤62重量%、n-ブチルアセテート25重量%、2-ブタノン13重量%)、0.4重量部のエポキシ系樹脂分散液(エポキシ系樹脂70重量%、n-ブチルアセテート3重量%、2-ブタノン15重量%、トルエン12重量%)、および40.5重量部のトルエンをプラネタリーミキサー(planetary mixer)において約40rpm~50rpmの速度で約2時間混合して、磁性粉末スラリーを製造した。
前記段階1で製造した第1磁性部のコイル部に対応する外郭部上に、第2磁性部として厚さ1mmのフェライト系磁性体(TDK社のPC-95フェライト磁性シート)を配置した後、熱圧着して、ハイブリッド型磁性体を得た。
前記段階2で製造したハイブリッド型磁性体を、図3Bのように支持部、コイル部、スペーサ、シールド部、およびハウジングと結合して無線充電装置を得た。この際、前記ハイブリッド型磁性体の両面のうち、第2磁性部(フェライト系磁性体)の面が前記シールド部を向くようにした。
[段階1:第1磁性部の製造-平面構造]
前記実施例1の段階1で製造された磁性粉末スラリーを、キャリアフィルム上にコンマコーターによってコーティングし、約110℃の温度で乾燥して高分子型磁性体を形成した。これを約170℃の温度にて約9Mpaの圧力で約60分間ホットプレス工程により圧縮硬化させ、高分子型磁性体シートを得た。前記シート内の磁性粉末含有量は約90%であり、シート1枚の厚さは約100μmであった。前記シートを40枚~50枚積層して、約4mm厚の第1磁性部を得た。
前記段階1で製造された第1磁性部上に、第2磁性部として厚さ1mmのフェライト系磁性体(TDK社のPC-95フェライト磁性シート)を配置した後、熱圧着して、ハイブリッド型磁性体(厚さ5mm)を得た。
前記段階2で製造したハイブリッド型磁性体を、図3Aのように支持部、コイル部、スペーサ、シールド部、およびハウジングと結合して無線充電装置を得た。この際、前記ハイブリッド型磁性体の両面のうち、第2磁性部(フェライト系磁性体)の面が前記シールド部を向くようにした。
実施例2における段階1の方法により、厚さ5mmの平面高分子型磁性体(第1磁性部)を製造し、これを支持部、コイル部、スペーサ、シールド部、およびハウジングと結合して無線充電装置を得た。
厚さ5mmのフェライト系磁性体(TDK社のPC-95フェライト磁性シート)を、支持部、コイル部、スペーサ、シールド部、およびハウジングと結合して無線充電装置を得た。
前記実施例および比較例で得た無線充電装置を、SAE J2954 WPT2 Z2 class Standard TEST充電効率測定条件において、前記コイル部に85kHzの周波数および6.6kWの出力を有する無線電力が10分または60分間受信されるとき、第1磁性部および第2磁性部の表面温度を測定した。
T110(℃):コイル部に無線電力が10分間受信されるとき、第1磁性部の下面(P1)の温度(ただし、比較例2の場合は第2磁性部の下面の温度)
T210(℃):コイル部に無線電力が10分間受信されるとき、第2磁性部の上面(P2)の温度(ただし、比較例1の場合は第1磁性部の上面の温度)
T160(℃):コイル部に無線電力が60分間受信されるとき、第1磁性部の下面(P1)の温度(ただし、比較例2の場合は第2磁性部の下面の温度)
T260(℃):コイル部に無線電力が60分間受信されるとき、第2磁性部の上面(P2)の温度(ただし、比較例1の場合は第1磁性部の上面の温度)
充電効率は、SAE J2954 WPT2 Z2 Class standard TESTの方法により測定された。具体的に、SAE J2954 WPT2 Z2 Class standard TEST規格のコイル部およびフレームを適用し、磁性部、スペーサ、およびアルミニウムプレートを積層して製造された装置を送信機(75cm×60cm)とし、前記実施例および比較例の無線充電装置を受信機(35cm×35cm)として、85kHz周波数および出力電力6.6kWの条件で充電効率を測定した。
前記測定結果を下記表1にまとめた。
2:射出成形機
3:モールド
10:無線充電装置
21:受信機
22:送信機
100:支持部
200:コイル部
300:第1磁性部
301:原料組成物
310:外郭部
320:中心部
400:シールド部
500:第2磁性部
600:ハウジング
700:放熱部
800:トレイ
P1:第1磁性部の下面
P2:第2磁性部の上面
Claims (15)
- コイル部と、
前記コイル部上に配置されるシールド部と、
前記コイル部と前記シールド部との間に配置される第1磁性部および第2磁性部を含む磁性部とを含み、
前記第2磁性部は、前記第1磁性部に対して85kHzにおいて高い透磁率を有する、無線充電装置。 - 前記第2磁性部が前記第1磁性部上に配置され、
前記コイル部に外部から無線電力を受信されるとき、前記第1磁性部よりも前記第2磁性部においてより多い熱が発生する、請求項1に記載の無線充電装置。 - 前記コイル部に85kHzの周波数および6.6kWの出力を有する無線電力が10分間受信されるとき、
前記第1磁性部の下面の温度(T110)が前記第2磁性部の上面の温度(T210)よりも1℃以上低い、請求項2に記載の無線充電装置。 - 前記コイル部に85kHzの周波数および6.6kWの出力を有する無線電力が60分間受信されるとき、
前記第1磁性部の下面の温度(T160)と前記第2磁性部の上面の温度(T260)との差が1℃~15℃である、請求項3に記載の無線充電装置。 - 前記T160が前記T110に比べて50℃~100℃さらに高く、
前記T260が前記T210に比べて50℃~100℃さらに高い、請求項4に記載の無線充電装置。 - 前記第2磁性部は、前記第1磁性部に対して0.1W/m・K~6W/m・Kさらに高い熱伝導率を有する、請求項2に記載の無線充電装置。
- 前記無線充電装置が、
前記シールド部と前記磁性部との間に配置される放熱部をさらに含み、
前記第1磁性部が、
前記コイル部が配置される部分に対応する外郭部と、
前記外郭部によって囲まれる中心部とを含み、
前記外郭部の厚さが前記中心部の厚さよりも大きい、請求項1に記載の無線充電装置。 - 前記放熱部が、バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂内に分散された放熱フィラーとを含み、
前記放熱部が、前記磁性部と前記シールド部とを接着する、請求項7に記載の無線充電装置。 - 前記第1磁性部が、85kHzの周波数において5~300の透磁率を有し、
前記第2磁性部が、85kHzの周波数において1000~5000の透磁率を有する、請求項7に記載の無線充電装置。 - 前記第2磁性部および前記放熱部が、前記第1磁性部の外郭部上に配置される、請求項7に記載の無線充電装置。
- 前記第2磁性部が前記第1磁性部上に配置され、
前記放熱部が、前記第2磁性部と前記シールド部とに同時に接触する、請求項7に記載の無線充電装置。 - 前記第2磁性部が前記第1磁性部上に配置され、
前記第2磁性部が前記シールド部と熱的に連結される、請求項1に記載の無線充電装置。 - 前記第1磁性部と前記第2磁性部とは互いに離隔され、
前記第1磁性部と前記第2磁性部との間の最短距離は1mm~20mmである、請求項12に記載の無線充電装置。 - 前記無線充電装置が、前記第1磁性部と前記第2磁性部との間に配置されるトレイをさらに含み、
前記トレイは、前記第2磁性部を収容する安着溝を備え、
前記トレイは、前記シールド部の下部に固定される、請求項12に記載の無線充電装置。 - 無線充電装置を含む移動手段であって、
前記無線充電装置が、
コイル部と、
前記コイル部上に配置されるシールド部と、
前記コイル部と前記シールド部との間に配置される第1磁性部および第2磁性部を含む磁性部とを含み、
前記第2磁性部は、前記第1磁性部に対して85kHzにおいて高い透磁率を有する、移動手段。
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