KR100976158B1

KR100976158B1 - 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치

Info

Publication number: KR100976158B1
Application number: KR1020080126269A
Authority: KR
Inventors: 정춘길; 국윤상
Original assignee: 주식회사 한림포스텍
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-08-16
Also published as: KR20100067748A

Abstract

본 발명은 무접점전력수신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무접점전력수신장치의 2차측코어가 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어로 구비되어, 수신측의 코어의 부피가 작게 되어 수신장치의 전체 크기가 작게되어 휴대용 장치에 장착되는 장착 특성, 제작 특성이 양호하도록 하는 무접점전력수신장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 유도자기장에 의한 전력신호를 전송받는 무접점전력수신장치(50)가 상기 2차측코어부(51)와 연결되어 유도전류를 정류하는 정류부블럭(52)(Rectifier block); 상기 2차측코어부(51)에 의해 송수신되는 데이터를 처리하는 배터리팩제어부(54); 상기 배터리팩제어부(54)의 제어에 의하여 상기 정류부블럭(52)으로부터 공급되는 전력이 배터리셀(53)에 충전되도록 하는 충전회로부블럭(55); 상기 배터리셀(53)의 충전정도를 감시하고 만충전 또는 방전 상태의 신호를 상기 배터리팩제어부(54)로 전송하는 충전감시회로부(56)가 포함되어 구비되고, 상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511)에 패턴코어(515)가 구비되어, 상기 피씨비베이스(511)가 상기 무접점전력수신장치(50)의 내부에 체결되도록 구비되며, 상기 패턴코어(515)는 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하는 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core, Power Transmission - Printed Circuit Board Core)로 구비되고, 상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는, 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비되는 것을 특징으로 한다.

무접점충전, 무접점전력전송, 충전코어, 배터리팩

Description

평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치{NON-CONTACT CHARGING SYSTEM OF WIRELESS POWER TRANSMISION WITH PT-PCB CORE HAVING PLANAR SPIRAL CORE STRUCTURE}

일반적으로 휴대폰, PDA, PMP, DMB단말기, MP3 또는 노트북과 같은 휴대용 장치들은 이동하면서 사용하기 때문에 일반 가정 전원을 직접 꽂아서 전원을 공급받을 수 없어, 일회용 배터리를 장착하거나 충방전이 가능한 배터리가 장착되는 것이다.

그러나 이러한 휴대용 장치의 배터리에 전기를 충전시키기 위한 충전기는 일 반전원으로부터 전기를 공급받아 배터리에 전원공급선 및 전원공급단자를 통하여 배터리팩에 전원을 공급하는 단자공급방식이 이용되고 있다. 하지만 이처럼 단자공급방식으로 전원을 공급하면, 충전기와 배터리가 서로 결합되거나 분리될 경우, 양측의 단자들이 서로 다른 전위차를 가지고 있어서 단자부분에서 순간방전현상이 발생된다. 이로써 양측 단자들에는 점점 이물질이 쌓이게 되며, 이로 인해서 화재가 발생할 우려도 있는 것이다. 또한 단자가 공기에 직접 노출되기 때문에 습기 또는 먼지가 묻어 자연 방전될 수 있는 등, 충전기 및 배터리의 수명과 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

이러한 단자공급방식의 문제점을 해결하기 위하여, 무접점 충전기가 개발된 것이다. 이와 같은 종래기술에 따른 무접점 충전기는 무접점충전기의 1차코일의 상부로, 충전하고자 하는 배터리가 내재된 단말기을 위치시키면, 배터리의 2차코일에 의하여 충전이 된다. 즉 1차코일에서 발생되는 자기장에 의해 2차코일에서는 유도기전력이 발생되는 것으로, 이처럼 유도되는 전기를 충전하게 되는 것이다.

그러나 이러한 종래의 무접점 충전기는 단지 휴대용 단말기에 전력을 공급할 뿐, 다른 이용이 한정되어 있어 실용성에 제한이 있는 것이다.

그리고 1차코일에서 발생되는 자기장에 대하여 금속이 놓이게 되면 자장의 변화로 인하여 1차코일에 전력손실이 상당하여 무접점충전기가 파손될 수 있는 등의 문제점이 있는 것이다. 또한 2차측코일 및 배터리팩 회로에 과전류가 흐르게 되면 발열현상이 일어나 결국 배터리팩이 과열로 인한 폭발사고가 발생할 우려가 있다. 또한 배터리팩에서의 효율도 저하되는 단점이 있다.

나아가 대부분의 1차측코어 및 2차측코어는 얇은 가닥의 전선을 다수개 꼬아서 하나의 굵은 코어로 만든 후, 이를 권심 또는 무심코일로 되는 리쯔코일로 만들어 설치하기 때문에, 많은 양의 전선 재료가 소요되는 단점이 있다. 반면 이와 같은 리쯔코일은 대부분 그 크기가 커지기 때문에 얇고 다수의 반도체가 장착되는 휴대용 단말기 및 배터리팩에 장착하기가 곤란할 뿐만 아니라 다수의 컨트롤러 및 부재들에, 열이나 자기장으로 영향을 줄 수 있어 오작동의 원인이 될 수 있는 문제점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 무접점전력수신장치인 측의 수신코어인 2차측코어가 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어로 구비되어, 수신측의 코어의 부피가 작게 되어 수신장치의 전체 크기가 작게되어 휴대용 장치에 장착되는 장착 특성이 양호하도록 하는 목적이 있다.

특히 이와 같은 파워트랜스피씨비코어는 피씨비에 평면형태로 형성되기 때문에, 제작이 용이하면서 이와 함께 수신 특성도 양호하도록 하여, 전력수신 특성이 양호하면서 제작특성도 양호하도록 하는 목적이 있다.

나아가 이와 같은 무접점전력수신장치의 2차측코어에는 차폐 쉴드가 함께 구비되도록 하여 전력수신 효율이 양호하면서 다른 부재들이 자기장의 영향을 덜 받도록 하여 안정적으로 충전되도록 하는 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점전력수신장치는, 무접점전력전송장치(10)에서 발생되는 유도자기장에 대하여, 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)에서 유도자기장에 의한 전력신호를 전송받아 전원이 충전되도록 구비되는 피씨비패턴 코어가 구비된 무접점전력수신장치에 있어서, 상기 무접점전력수신장치(50)는 상기 2차측코어부(51)와 연결되어 유도전류를 정류하는 정류부블럭(52)(Rectifier block); 상기 2차측코어부(51)에 의해 송수신되는 데이터를 처리하는 배터리팩제어부(54); 상기 배터리팩제어부(54)의 제어에 의하여 상기 정류부블럭(52)으로부터 공급되는 전력이 배터리셀(53)에 충전되도록 하는 충전회로부블럭(55); 상기 배터리셀(53)의 충전정도를 감시하고 만충전 또는 방전 상태의 신호를 상기 배터리팩제어부(54)로 전송하는 충전감시회로부(56)가 포함되어 구비되고, 상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511)에 패턴코어(515)가 구비되어, 상기 피씨비베이스(511)가 상기 무접점전력수신장치(50)의 내부에 체결되도록 구비되며, 상기 패턴코어(515)는 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하는 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core, Power Transmission - Printed Circuit Board Core)로 구비되고, 상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는, 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비되는 것을 특징으로 한다.

삭제

이에 더하여 상기 2차측코어부(51)는 상기 패턴코어(515)의 아래측으로 차폐부(61)가 구비되어지되, 상기 차폐부는 차폐패널부(62), 차폐메쉬부(63), 금속박막부(64)로 형성되어 구비될 수 있다.

그리고 상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는 평면상의 나선형 형상의 동 재질로 이루어지고, 상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511) 상에 동 재질로 되어 평면 나선형 형상으로 되는 패턴코어(515)가 위치되며, 상기 패턴코어(515) 상부로 피에스알코팅층(65, PSR Coating Layer)이 형성되어 구비될 수 있다.

또한 상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는 평면상의 나선형 형상의 동 재질로 이루어지고, 상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511) 상에 동 재질로 되어 평면 나선형 형상으로 되는 패턴코어(515)가 위치되며, 상기 패턴코어(515)에 무전해금도금층(66, Electroness Gold Plating Layer)이 형성되어 구비될 수 있다.

상기와 같이 구비되는 본 발명은 무접점전력수신장치인 측의 수신코어인 2차측코어가 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어로 구비되어, 수신측의 코어의 부피가 작게 되어 수신장치의 전체 크기가 작게되어 휴대용 장치에 장착되는 장착 특성이 양호하도록 하는 탁월한 효과가 있다.

특히 이와 같은 파워트랜스피씨비코어는 피씨비에 평면형태로 형성되기 때문에, 제작이 용이하면서 이와 함께 수신 특성도 양호하도록 하여, 전력수신 특성이 양호하면서 제작특성도 양호하도록 하는 장점이 있다.

나아가 이와 같은 무접점전력수신장치의 2차측코어에는 차폐 쉴드가 함께 구 비되도록 하여 전력수신 효율이 양호하면서 다른 부재들이 자기장의 영향을 덜 받도록 하여 안정적으로 충전되도록 하는 장점이 있다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 무접점전력수신장치에 대한 제어구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 개략적인 층구성 예시도로, 중간에 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 단면 구조도에 대해서 상부로는 상측방향에서 보여지는 평면 형태에 대해, 하부에는 차폐부의 분리된 상태의 측단면도를 각각 도시한 것이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부의 실시예시 사진으로, 도 3은 사각 형상의 단일 층으로 하는 2차측코어부에 대한 실시사진이고, 도 4는 육각형상의 복층으로 하는 2차측코어부에 대한 실시사진이다.

도 5는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 성능시험 구성에 대한 개략적인 예시도로, 상측에는 육각형상의 파워트랜스피씨비코어로 되어 전류가 가해지도록 구비되고, 이러한 상측의 코어에 의해 발생되는 유도자기장에 대해서, 하측의 차폐쉴드가 구비되어 마련되는 파워트랜스피씨비코어에서 유도전류가 발생되는 전압의 정도를 측정하도록 마련되는 것이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 개략적인 측면도로, 도 6에서는 단일층으로 마련되는 2차측코어부에 대한 단면도이 고, 도 7에서는 복측의 평면나선형 코어로 마련되는 2차측코어부에 대한 단면도가 각각 도시된 것이다.

그리고 도 8은 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부의 설명을 위한 개략적인 예시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치로 되는 배터리팩이 무접점전력전송장치에 위치된 상태에 대한 실시예시 사진이 각각 도시된 것이다.

즉 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치(50)는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 무접점전력전송장치(10)에서 발생되는 유도자기장에 대하여, 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)에서 유도자기장에 의한 전력신호를 전송받아 전원이 충전되도록 구비되는 피씨비패턴 코어가 구비된 무접점전력수신장치(50)가 구비되는 것이다.

이처럼 무접점전력전송장치(10)에서 발생되는 유도자기장을 수신받은 상기 무접점전력수신장치(50)에서는 2차측코어부(51)에서 유도전류가 발생되고, 이러한 유도전류에 의한 전력은 배터리셀(53)에 충전되는 것이다. 이처럼 발생된 전력신호는 정류되어 충전되는 것으로, 수신되는 전력의 세기를 배터리팩제어부(54)에서 감지하여 무접점전력전송장치(10) 측으로 감지데이터의 신호를 전송하여, 무접점전력전송장치(10)에서 발신되는 유도자기장이 조절되도록 구비된다. 또한 충전되는 전력이 조절되도록 하여 안정적으로 충전되도록 하면서, 휴대폰, PDA, PMP, DMB단말기, MP3 또는 노트북과 같은 휴대용 장치들(M)에 안정적으로 전원을 공급하게 되는 것이다. 특히 이러한 무접점전력수신장치(50)는 휴대용 장치들과 별체로 분리구성되어, 휴대용장치들에 장착되거나 분리가 가능하도록 하는 배터리팩 또는 커버가 있는 세미배터리팩 등으로 구비될 수도 있을 것이다. 또한 휴대용장치들의 케이스 내에 장착되어, 휴대용장치(M)들의 전원공급부와 직결되도록 일체형으로 구비될 수도 있을 것이다.

이를 위한 무접점전력수신장치(50)의 세부구성을 살펴보면, 상기 2차측코어부(51)와 연결되어 유도전류를 정류하는 정류부블럭(52)(Rectifier block)이 구비되고, 상기 2차측코어부(51)에 의해 송수신되는 데이터를 처리하는 배터리팩제어부(54)가 구비되는 것이다.

그리고 상기 배터리팩제어부(54)의 제어에 의하여 상기 정류부블럭(52)으로부터 공급되는 전력이 배터리셀(53)에 충전되도록 하는 충전회로부블럭(55)(Charger Management Block)가 구비되고, 상기 배터리셀(53)의 충전정도를 감시하고 만충전 또는 방전 상태의 신호를 상기 배터리팩제어부(54)로 전송하는 충전감시회로부블럭(56)가 포함되어 구비되는 것이다.

따라서 배터리팩제어부(54)(Power receiver controler)에서는 정류부블럭(52)(Rectification Block), 충전회로부블럭(55), 충전감시회로부블럭(56)(Protection Control Block), 게이지블럭(57)(Fuel Gauge Control Block) 등 무접점전력수신장치(50)의 부재들을 제어하며 무접점전력전송장치(10) 측으로 ID 데이터신호를 발생하고 충전상태를 모니터링하도록 구비되는 것이다.

그리고 보호회로부블럭(56)(Protection Circuit Module block, PCM)은 상기 충전회로부블럭(55)과 상기 배터리셀(53) 사이에 구비되어 상기 배터리셀(53)에 충전되는 전류를 검출하여 상기 배터리셀(53)의 충전상태 정보를 배터리팩제어부(54)로 전송하며 배터리의 과전압, 부족전압(Under voltage), 과전류, 단락 등을 감지하게 되는 것이다.

또한 무접점전력수신장치(50)에서는 상기 2차측코어부(51)를 통하여 수신되는 전력을 감시하고, 수신되는 전력의 전압의 정도를 판별하여 안정적으로 수신되는지 판별하게 된다. 이에 수신되는 전력의 기준전압으로는 해당 무접점전력수신장치(50)의 선택 사양별로 다양하게 선택될 수 있는 것으로, 대체로 2 ~ 20V 정도로 설정될 수 있으며, 특히 일반적인 휴대용 장치에 적용되는 경우에는 대체로 5V 정도로 하여 설정될 수 있는 것이다.

이처럼 수신되는 전력의 전압이 저전압으로 감지되는지, 그리고 수신되는 전력의 전압이 고전압으로 감지되는지 여부를 비교판별하게 되는 것이다. 예를 들면, 기준전압에 대해 앞에서의 예시와 같이 5V를 예로하는 경우에는 대체로 저전압 감지여부는 5V 보다 -1.5V 내지 -0.5V 정도가 감압된 정도로 감지되는 경우로 정하여 질 수 있을 것이다. 그리고 고전압의 기준이 되는 전압의 정도는 5V를 예로하면, 대체로 5V 보다 +1.5V 내지 +0.5V 정도가 승압된 정도로 감지되는 경우로 정하여질 수 있을 것이다.

이처럼 감압 또는 승압된 기준치보다 낮거나 높은 전압으로 전력신호가 수신되면 배터리팩제어부(54)에서는 무접점전력수신장치(50)의 고유 ID데이터신호와 함께 전압보정의 정도에 대한 전송신호를 무접점전력전송장치(10) 측으로 발신하게 되는 것이다.

이와 같은 무접점전력수신장치(50) 측으로 유도자기장을 발신하는 무접전전력전송장치(10) 개략적인 실시예의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

무접점전력전송장치(10)의 메인컨트롤블럭(11)의 제어에 의하여 1차측코어(21)에서 유도자기장이 발신되도록 구비되고, 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)에서 유도자기장에 의한 전력신호를 전송받아 전원이 충전되도록 구비되는 것이다.

이에 도 1에서와 같이 상기 무접점전력전송장치(10)에는 상기 무접점전력수신장치(50) 측으로 무접점 방식으로 전력신호를 전송하기 위한 공진형컨버터(14) 및 메인컨트롤블럭(11)가 구비되는 것이다.

그리하여 상기 메인컨트롤블럭(11)의 제어에 의하여 상기 공진형컨버터(14)에 전력신호 발신을 위한 발진신호가 전송되도록 하는 게이트드라이버(15)가 구비되며, 또한 상기 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호를 처리하여 상기 메인컨트롤블럭(11)으로 전송하는 수신신호처리부(19)가 구비되는 것이다.

그리고 상기 무접점전력전송장치(10)의 무접점충전케이스(미도시됨)에는 전방으로 전원 온/오프스위치, 신호입력을 위한 입력패널이 구비되고, 상기 무접점충전 플레이트 및 상기 무접점전력수신장치(50)에서의 충전상태를 표시하기 위한 엘씨디패널 및 충전상태엘이디 등의 표시부(101)가 구비될 수 있으며, 전원공급부(13) 등이 구비되는 것이다.

그리하여 무접점전력전송장치(10)의 충전 플레이트에는 휴대폰, PDA, PMP, DMB단말기, MP3, UMPC 또는 노트북과 같은 휴대용 장치 또는 휴대용 장치에 탈부착이 가능한 배터리팩(즉 탈부착되어 각각 충전가능하게 이용될 수 있는 배터리팩을 세미이너팩이라 한다) 등으로 구비될 수 있는 무접점전력수신장치(50)가 놓여지는 것이고, 이에 무접점전력수신장치(50)가 놓여지면 무접점전력전송장치(10)는 이를 감지하여 충전작동을 하게 되는 것이다.

그리고 이러한 무접점전력전송장치(10) 전원공급부(13)의 전원은, 컴퓨터(C)의 USB포트의 전원, AC adapter, Cigar Jack 등으로부터 입력되는 전원이 공급될 수도 있을 것이다.

또한 충전 과정 중 무접점전력전송장치(10)의 온도를 검출하는 온도검출부(18)를 구비하여, 온도검출부(18)에서 검출되는 온도에 따라 과열되는 경우에는 충전작동이 정지될 수 있고, 무접점전력전송장치(10) 전체적으로 과열되는 경우에는 전체 시스템의 작동이 일시 정지되도록 구성될 수도 있다.

나아가 전원공급부(13), 게이트드라이버(15), 공진형컨버터(14) 또는 수신신호처리부(19) 등과 연결되어 각각 전류의 흐름을 감시하도록 전류검출부(17) 등과 같은 전류센싱부재가 함께 구비될 수 있으며, 이러한 전류센싱부재에 의하여 해당 부재들이 과전류, 과전압 상태로 되면 충전 작동을 정지하거나 시스템의 작동을 정지하도록 하고, 이에 대한 신호를 발신하도록 구성될 수 있다. 물론 전류검출부(17)를 통하여 무접점전력수신장치(50)로부터 전송되는 신호를 검출하도록 구비될 수도 있을 것이다.

이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치(50)의 상기 2차측코어부(51)는 무접점전력전송장치(10)로부터 발신되는 유도자기장 신호를 양호하게 수신하기 위하여, 피씨비베이스(511)에 패턴코어(515)가 구비되어, 상기 피씨비베이스(511)가 상기 무접점전력수신장치(50)의 내부에 체결되도록 구비되는 것이다.

이러한 상기 패턴코어(515)는 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하는 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core, Power Transmission - Printed Circuit Board Core)로 구비되는 것이다. 즉 파워트랜스피씨비코어는 피씨피(CCL, FCCL(Flexible Copper Clad Laminated) 등이 포함되어 구비되는 피씨비)에, 단일층 또는 복수 층으로 하여 동재질로 된 평면 나선형 코어를 형성한 것이다.

특히 이러한 상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는, 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비될 수 있는 것이다. 그리하여 종래에서와 같이 다수의 얇은 전선을 꼬아서 코어를 만든 리쯔코어에서는 많은 작업공정이 필요하게 되고, 뿐만 아니라 많은 양의 전선이 소요되는 것이 문제점이었다. 그러나 본 발명에서와 같이 파워트랜스피씨비코어로 되는 평면나선형의 코어구조로 하여 2차측코어부(51) 의 패턴코어(515)를 형성하기 때문에, 피씨비베이스(511) 상에 형성하여 제조과정이 간단하여 쉽게 제조가 가능할 뿐만 아니라, 제조된 2차측코어부(51)를 배터리팩에 용이하게 설치할 수 있는 등의 장점이 있는 것이다.

이와 같이 다양한 형태의 평면 나선형 코어구조로 이루어지는 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core)인 패턴코어(515)는 피씨비베이스(511) 상에, 도 6과 같이 단일 층의 평면 나선형 코어구조를 갖도록 이루어질 수도 있을 것이다. 또한 도 7과 같이 패턴코어(515)가 상부코어(516)와 하부코어(517)로 하는 두 개의 평면코어층으로 하는 등 다수의 평면 코어 층구조를 갖도록 구비될 수도 있을 것이다. 따라서 소규모로 이루어지는 휴대용장치용 배터리팩으로 구비되는 경우에는 단일층의 평면코어구조로 갖게 될 수 있을 것이다. 반면 많은 전력이 소요되어야 하는 휴대용 장치의 배터리팩에서는 다수의 층구조로 하는 평면 코어 층 구조를 갖게 되어 전력수신율이 더욱 양호하도록 구비될 수 있을 것이다.

이에 상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는 평면상의 나선형 형상의 동 재질로 이루어지는 것이다.

또한 상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511) 상에 동 재질로 되어 평면 나선형 형상으로 되는 패턴코어(515)가 위치되며, 상기 패턴코어(515) 상부로 피에스알코팅층(65, PSR Coating Layer)이 형성되어 구비될 수 있을 것이다.

이처럼 피에스알코팅층(65)이 형성되는 경우에는 동 재질로 되는 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)가 손상됨을 방지하게 되어 유도자기장에 의한 전력신호를 양호하게 수신하게 되는 것이다.

다른 실시로는 패턴코어(515)가 동 재질로 이루어져 평면 나선형 형상으로 이루어지고, 이에 이러한 상기 패턴코어(515)에 무전해금도금층(66, Electroness Gold Plating Layer, EGPL)이 형성되어 구비될 수 있을 것이다.

이처럼 무전해금도금층(66)이 형성되는 경우에는 동 재질로 되는 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)가 손상됨을 방지할 뿐만 아니라 1차측인 무접점전력전송장치(10) 측에서 발신되는 유도자기장에 의한 전력신호의 수신효율이 향상되어, 전체적으로 전력 충전효율이 양호하도록 하는 장점이 있다.

나아가 이러한 상기 2차측코어부(51)는 상기 패턴코어(515)의 아래측으로 차폐부(61)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)가 구비될 수 있을 것이다.

특히 상기 차폐부(61)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)는 차폐패널부(62), 차폐메쉬부(63), 금속박막부(64)로 형성되어 구비될 수 있는 것이다.

이에 차폐패널부(62)는 센더스트 55 ~ 75 중량부에 대하여 25 ~ 55 중량부의 폴리우레탄이 포함되어 이루어져 구비될 수 있는 것이다.

이러한 센더스트(sendust)는 알루미늄, 규소, 철 등으로 조성되는 것으로, 고투자율 합금에 해당되는 것이다. 이러한 차폐성능이 탁월한 센더스트와 폴리우레탄을 함께 조성하여 전송차폐패널을 구비한 것이다. 이에 센더스트가 55 중량부 이하이면 차폐성능이 저하될 우려가 있고, 반면 75 중량부 이상일 경우에는 투여되는 양에 비하여 성능이 향상되지 않게 된다.

이처럼 패널 형태로 이루면서 센더스트가 포함되어 이루어지는 차폐패널(62)에 의하여 2차측코어부 부분에서 자기장이 효과적을 차폐될 수 있는 것이다.

그리고 차폐메쉬부(63)는 유도자기장에 의해 발생되는 유도기전력에 대한 와전류를 저감하게 되는 부재로, 망형상으로 형성되는 폴리에스터에 와전류저감조성물이 도금되어 이루어지는 것으로, 상기 와전류저감조성물은 니켈 55 ~ 65 중량부에 대하여 35 ~ 45 중량부의 아연이 포함되어 이루어져 구비될 수 있는 것이다.

그리하여 상기 무접점전력수신장치(50)에서는 와전류가 발생될 우려가 있기 때문에, 이러한 와전류는 와전류저감부재인 차폐메쉬부(63)에 의하여 소멸되도록 구비될 수 있는 것이다.

그리고 니켈과 아연으로 되는 와전류저감조성물이 폴리에스터의 표면에 도금되는 것이기 때문에, 결국 차폐메쉬부(63)는 금속망형상으로 형성되는 것으로, 자기장에 의하여 발생될 수 있는 와전류(일명 "맴돌이전류")가 와전류저감부재인 금속망의 메쉬에 의하여 소용돌이효과로 감소되도록 하여, 무접점전력수신장치(50)의 회로가 보호되도록 구비되는 것이다. 즉 이러한 와전류저감부재의 금속망의 메쉬에 의하여, 많은 수의 금속망 메쉬별로 맴돌이전류가 감소되도록 하기 때문에, 배터리팩 전체적으로는 자기장에 의한 맴돌이 전류가 감소되는 것이다. 이에 와전류저감부재는 금속망형상으로 100 메쉬 내지 200 메쉬 정도의 금속망으로, 보다 바람직하게는 135 메쉬로 이루어질 수 있다.

나아가 금속박막부(64)는 알루미늄 박막으로 형성되는 것으로 차폐 부(61)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)의 제일 하측에서 최종적으로 자기장을 차단하여, 회로에 영향을 주지않도록 구비되는 것이다.

이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)의 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core, Power Transmission - Printed Circuit Board Core)가 구비된 무접점전력수신장치(50)에서의 상세 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.

이러한 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core)로 되는 2차측코어부(51)는, 도 6에서와 같이 피씨비베이스(511) 상부로 단일의 패턴코어(515)로 형성될 수 있을 것이다. 그리고 아래 측으로는 차폐부(61)(HPES : Hanrim Postech Electro-magnetic shield)가 마련될 수 있을 것이다. 그리하여 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)를 통하여 유도자기장으로부터 유도전류가 발생되어 충전되게 된다. 또한 차폐부(61)에 의하여, 배터리팩의 부재들이 유도자기장에 의한 영향을 받지않게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)는, 도 7에서와 같이, 피씨비베이스(511) 상부로 구비되는 패턴코어가 코어피씨비(512)에 의하여 상부코어(516)와 하부코어(517)로 하는 2층 구조로 구비될 수 있을 것이다. 그리고 이러한 상부코어(516)와 하부코어(517)를 이어주는 비아연결부(518)가 함께 구비되어, 정류부블럭(52)과 연결되는 단자의 일측단자는 상부코어(516)와 연결되고, 타측단자는 하부코어(517)와 연결되도록 마련될 수 있을 것이다. 따라서 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)가 단일로 이루어지는 것보다, 상부코어(516)와 하부코어(517)로 하여 형성되기 때문에 1차측의 무접점전력전송장치(10)로부터 전송되는 유도자기장의 신호를 더욱 원활하게 수신할 수 있는 것이다.

이에 종래기술에 따른 코어인 리쯔코어로 구비되는 경우와, 본 발명에서와 같이 파워트랜스피씨비코어로 되는 패턴코어(515)로 되는 경우에 있어서의 효율을 살펴보면 다음과 같다.

(종래의 리쯔코어와의 비교표)

항목	리쯔 코어	PSR PTPCB core	EGPL-PTPCB core
소재	동(99.99%)	동(70㎛)+PSR 코팅	동(70㎛)+무전해금도금(0.03㎛)
두께	0.35mm	0.4mm	0.4mm
형태크기	32X32mm	32X32mm	32X32mm
형태	사각	평면사각형	평면육각형
턴수	20(리쯔형태)	24/(1Layer)	24/(2Layer)
가닥수/(1턴)	7	1	1
와어어 굵기	0.15Ф	1mm/2oz.	1mm/2oz.
인덕턴스	7.7uH	11uH	7.8uH
Q(no shield)	27	9	20
DCR(내부저항)	230mΩ	850mΩ	350mΩ
효율 @2.5W(5V x 500mA)	61%	53%	60%
Temp. @2.5W(5V x 500mA)	40	42	40
인덕턴수 변화율	1.5%	0.5%	0.5%
동작 주파수	100~250kHz	100~250kHz	100~250kHz
Cost	Middle (설비투자 필요)	Low	Middle (설비투자 불필요)
성능	보통	보통	우수

(표 1)에서 동 재질의 코어에 PSR코팅된 일실시예에 대한 것과, 동 재질의 코어에 무전해금도금된 일실시예를 보인 것을 표기하였다. 물론 본 발명은 상기의 수치에 의하여 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 범주 내에서 다양한 수치로 하여 적용되어 실시될 수 있음은 당연한 것이다. (표 1)에서 효율과 온도는 1차측인 무접점전력전송장치(10)에서 유도자기장 발생을 위하여 입력되는 파워에 대하여, 2차측인 무접점전력수신장치(50)에서 수신되는 출력 파워의 비( '2차측 DC Output Power' / '1차측 DC Input Power' )로 되는 효율(또는 온도)을 나타낸 것이고, 2.5W의 부하가 2차측에 걸렸을 때의 효율(또는 온도)을 나타낸 것이다.

이처럼 본 발명에서 동 재질로 하여 PSR코팅되거나 또는 무전해금도금층을 형성하여 파워트랜스피씨비코어로 하여 2차측코어부(51)를 형성하기 때문에, 효율은 기존의 리쯔코어와 유사하게 나오더라도 코어 자체를 제조하기 위하여 소요되는 재료의 양이 적게 소모될 뿐만 아니라, 제조과정도 단순하게 제조되는 장점이 있다. 물론 무접점전력수신장치(50)에 설치도 용이하게 되는 것은 당연하다 할 것이다.

나아가 유도자기장에 대한 전력신호 수신 효율에 있어서 코어에서는 인덕턴스 변화율이 안정적이어야 하나, 종래의 리쯔코어에서는 인덕턴스변화율이 높은 반면 본 발명에 따른 파워트랜스피씨비코어의 평면나선형 코어구조로 되는 경우에는 인덕턴스변화율이 안정적으로 되기 때문에 전체적으로 전력신호의 수신효율이 안정적이고 향상되는 특징이 있는 것이다.

특히 이러한 본 발명에 따른 파워트랜스피씨비코어로 되는 패턴코어(515)에서는 피씨비 상부로 구비되는 동 재질의 코어에 있어서, 도 3에서와 같이 PSR 코팅되는 경우와, 도 4에서와 같이 무전해금도금되어 마련되는 경우에 대해서 표 1에서와 같이 그 성능에 대해서 각각 살펴본 것이다.

이와 같이 구비되는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)의 효율을 살펴보면 다음과 같다. 즉 도 8에서와 같이, 코어의 내측지름을 Din이라고 하고, 외측지름을 Dout이라 할때, 우선 인덕턴스 L의 계산값은 current sheet apporximation 방식에 의하여 다음과 같이 계산될 수 있다.

(식1)

여기서,

이다.

또한 Q(quality factor)의 경우 다음과 같이 계산된다.

(식2)

여기서,

이라고 했을 때, 보통 리쯔코어의 경우 Q값이 표 1과 같이 20 ~ 50의 범위의 값을 갖는다. 이에 반해 본 발명에서와 같이 평면나선형 코어구조(평면 PCB winding core)를 갖게 되는 경우에는 낮은 Q값(예 20 이하)을 갖을 수 있다. 이는 낮은 DCR값에 기인하는데, DCR 값을 개선할 수 있도록 FCCL(Flexible Copper Clade Laminate) 등을 포함하는 평면 피씨비코어에 PSR(Photo Solder Resist) 잉크를 이용한 코팅층이 형성되도록 구비될 수 있다. 이러한 PSR 잉크는 부식을 방지하고 절연을 하기 위한 코팅제로, 이러한 방식을 이용했을 경우에 DCR 값이 높아서 낮은 Q값을 얻게 된다.

그리하여 본 발명에서는 이에 더하여 FCCL을 포함하는 평면 피씨비코어 상의 동 재질의 코어에 무전해금도금(0.03㎛)을 하여 DCR값을 1/3로 낮추고 가격을 비슷하게 하면서 성능이 개선되도록 한 것이다.

다음 시험으로 상기에서와 같이 평면나선형 코어구조인 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core)에 더하여, 유도자기장을 차단하기 위한 차폐쉴드가 구비되어 시험을 하였다.

(차폐쉴드가 구비된 코어에서의 효율)

구분	단층 평면 PCB 코어	복층 평면 PCB 코어
Q(with Shield)	12	27
효율(@2.5W)	58%	67%

상기 표1과 표2에서와 같이, 도 2 및 도 6, 도 7 등에서와 같이 차폐부(61)가 구비되는 경우에는 차폐부(61)가 구비되지 않는 경우보다 효율이 향상된다. 즉 단일층의 코어로 구비되는 경우에, 표 1에서와 같이 차폐부 쉴드가 구비되지 않는 경우에는 Q가 9이고 효율이 53%으로 되는 반면, 차폐부 쉴드가 함께 구비되는 단일층의 코어의 경우 표 2에서와 같이 Q가 12로 58% 효율을 보이고 있다. 마찬가지로 복층으로 평면 PCB 코어가 구비되는 경우에는 차폐부 쉴드가 구비되지 않은 표 1에서는 Q가 20으로 효율은 60%인 반면, 차폐부 쉴드가 함께 구비되는 경우에는 표 2에서와 같이 Q가 27이고 효율이 67%로 향상된 효율을 보이고 있는 것이다.

다음으로 이와 같은 본 발명에 따른 평면나선형 코어구조인 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core)에 대한 특성시험에 대한 것이다. 즉 도 5에서와 같이, 동일 형태로 구비되는 파워트랜스피씨비코어로, 일측의 코어에서는 일정 전류를 흐르게 하여 유도자기장이 발생되도록 하고, 다른 코어에서는 이러한 자기장에 의하여 발생되는 전압을 측정하도록 구비된 것이다.(d : 이격거리, 본 시험에서는 대략 3mm를 예로 하여 측정함).

여기서 차폐부가 구비된 경우에 대한 유도전압의 수신 효율(SE, Shield Efficiency)는 차폐부가 구비된 경우의 평균 전압값(Vrms without Shield)과 차폐부가 구비되지 않은 경우의 평균 전압값(Vrms with 3Layer Shield)으로 하여 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.(rms = root mean square).

(식3)

으로 계산될 수 있다.

입력측 전류가 0.5A일 경우, Vrms without Shield 일 경우 170mV로 측정되었으며, 반면 차폐부 쉴드가 구비된 Vrms with 3Layer Shield 에서는 0.5mV로 측정되어,

의 값을 얻을 수 있는 것이다.

일반적으로 40dB 이상의 특성일 경우 평균적 수치인데, 대략 50dB 정도의 특성이 나타난 것으로 차폐부 쉴드의 구비에 따른 성능이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무접점전력수신장치에 대한 제어구성도.

도 2는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 개략적인 층구성 예시도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부의 실시예시 사진.

도 5는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 성능시험 구성에 대한 개략적인 예시도.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부에 대한 개략적인 측면도.

도 8은 본 발명에 따른 무접점전력수신장치의 2차측코어부의 설명을 위한 개략적인 예시도.

도 9는 본 발명에 따른 무접점전력수신장치로 되는 배터리팩이 무접점전력전송장치에 위치된 상태에 대한 실시예시 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 무접점전력전송장치 50 : 무접점전력수신장치

51 : 2차측코어부 52 : 정류부블럭

53 : 배터리셀 54 : 배터리팩제어부

55 : 충전회로부블럭 56 : 충전감시회로부

61 : 차폐부 62 : 차폐패널부

63 : 차폐메쉬부 64 : 금속박막부

511 : 피씨비베이스 512 : 패턴코어

513 : 차폐패널부 514 : 차폐메쉬부

515 : 금속박막부

Claims

무접점전력전송장치(10)에서 발생되는 유도자기장에 대하여, 무접점전력수신장치(50)의 2차측코어부(51)에서 유도자기장에 의한 전력신호를 전송받아 전원이 충전되도록 구비되는 피씨비패턴 코어가 구비된 무접점전력수신장치에 있어서,

상기 무접점전력수신장치(50)는 상기 2차측코어부(51)와 연결되어 유도전류를 정류하는 정류부블럭(52)(Rectifier block);

상기 2차측코어부(51)에 의해 송수신되는 데이터를 처리하는 배터리팩제어부(54);

상기 배터리팩제어부(54)의 제어에 의하여 상기 정류부블럭(52)으로부터 공급되는 전력이 배터리셀(53)에 충전되도록 하는 충전회로부블럭(55);

상기 배터리셀(53)의 충전정도를 감시하고 만충전 또는 방전 상태의 신호를 상기 배터리팩제어부(54)로 전송하는 충전감시회로부(56)가 포함되어 구비되고,

상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511)에 패턴코어(515)가 구비되어, 상기 피씨비베이스(511)가 상기 무접점전력수신장치(50)의 내부에 체결되도록 구비되며,

상기 패턴코어(515)는 평면나선형의 코어구조(PSCS, Planar Spiral Core Structure)로 하는 파워트랜스피씨비코어(PT-PCB Core, Power Transmission - Printed Circuit Board Core)로 구비되고,

상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는, 평면의 원형나선코어 형태의 원형코어구조, 평면의 타원형나선코어 형태의 타원형코어구조, 평면의 삼각형나선코어 형태의 삼각형코어구조, 평면의 사각형나선코어 형태의 사각형코어구조, 평면의 오각형나선코어 형태의 오각형코어구조, 평면의 육각형나선코어 형태의 육각형코어구조, 평면의 다각형나선코어 형태의 다각형코어구조 중 어느 한 형태의 평면나선코어구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 2차측코어부(51)는 상기 패턴코어(515)의 아래측으로 차폐부(61)가 구비되어지되,

상기 차폐부는 차폐패널부(62), 차폐메쉬부(63), 금속박막부(64)로 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는 평면상의 나선형 형상의 동 재질로 이루어지고,

상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511) 상에 동 재질로 되어 평면 나선형 형상으로 되는 패턴코어(515)가 위치되며, 상기 패턴코어(515) 상부로 피에스알코팅층(65, PSR Coating Layer)이 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 2차측코어부(51)의 패턴코어(515)는 평면상의 나선형 형상의 동 재질로 이루어지고,

상기 2차측코어부(51)는 피씨비베이스(511) 상에 동 재질로 되어 평면 나선형 형상으로 되는 패턴코어(515)가 위치되며, 상기 패턴코어(515)에 무전해금도금층(66, Electroness Gold Plating Layer)이 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 평면나선형 코어구조의 파워트랜스피씨비코어가 구비된 무접점전력수신장치.