KR101075329B1

KR101075329B1 - 비접촉형 수전 장치 및 그것을 사용한 전자 기기 및 충전 시스템

Info

Publication number: KR101075329B1
Application number: KR1020107003722A
Authority: KR
Inventors: 데쯔오 이노우에
Original assignee: 도시바 마테리알 가부시키가이샤; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2011-10-19
Also published as: US20110210696A1; KR20100031139A; JPWO2009025279A1; WO2009025279A1; JP5112439B2; US8922160B2

Abstract

스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과, 정류기와, 2차 전지와, 상기 2차 전지로부터의 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스를 포함하는 비접촉형 수전 장치로서, 상기 비접촉형 수전 장치는, 상기 2차 전지와 스파이럴 코일 사이, 및 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이의 적어도 1군데에 배치된 복합 자성체를 더 포함하고, 상기 복합 자성체는 절연층을 개재하여 제1 및 다른 자성 시트를 포함하는 적어도 2층의 자성 시트를 포함하며, 상기 스파이럴 코일측에 설치된 제1 자성 시트의 비투자율을 μd, 상기 제1 자성 시트의 두께를 tu라고 하고, 상기 제1 자성 시트 이외의 다른 자성 시트의 평균 비투자율을 μu, 상기 다른 자성 시트의 총 두께를 tu로 하였을 때에, 상기 복합 자성체는 μdㆍtd≤60[㎜], μuㆍtu≥100[㎜]인 관계를 만족시킨다. 상기 구성에 따르면, 1차 코일(급전측 코일)의 인덕턴스 변동량의 억제의 최적화를 도모하면서, 이면에서 충분한 실드성 확보를 실현할 수 있는 비접촉형 충전기용 수전 장치 및 그것을 사용한 전자 기기를 제공할 수 있다.

Description

비접촉형 수전 장치 및 그것을 사용한 전자 기기 및 충전 시스템{NONCONTACT POWER RECEIVING APPARATUS, ELECTRONIC DEVICE USING NONCONTACT POWER RECEIVING APPARATUS AND CHARGING SYSTEM}

본 발명은 휴대 전화, 비디오 카메라 등의 각종 전자 기기에서 비접촉형 충전을 가능하게 하는 비접촉형 수전 장치(power receiving apparatus) 및 그것을 사용한 전자 기기 및 충전 시스템(배터리 충전 시스템)에 관한 것이다.

최근, 휴대용 통신 기기의 발전은 괄목할 만하다. 특히, 휴대 전화기의 소형화 및 경량화가 진행되고 있다. 또한, 휴대 전화 이외에도 비디오 카메라(핸디 카메라 등), 무선 전화기, 랩탑 퍼스널 컴퓨터(노트북 컴퓨터) 등의 각종 전자 기기에 관련해서도 소형화 및 경량화가 진행되고 있다.

이들 전자 기기는 전자 기기 본체에 2차 전지를 탑재함으로써, 콘센트에 연결하지 않아도 사용할 수 있도록 되어, 휴대성 및 편리성이 대폭으로 향상되어 있다. 현재, 이 2차 전지는 용량에 한계가 있어, 수 일 내지 수 주일마다 적어도 1회의 충전을 행해야만 했다.

충전 방법에는, 2가지 타입의 충전 방식: 접촉형 충전 방식과 비접촉형 충전 방식이 있다. 접촉형 충전 방식은 수전 장치의 전극과 급전 장치의 전극을 직접 접촉시킴으로써 충전을 행하는 방식이다. 접촉형 충전 방식은 그 장치 구조가 단순하므로 폭넓은 응용 분야에서 일반적으로 사용되어 왔다.

그러나, 최근 전자 기기의 소형화 및 경량화에 수반하여 각종 전자 기기의 중량이 가벼워져서, 수전 장치의 전극과 급전 장치의 전극간의 접촉압이 부족하여, 충전 불량(충전 오류)을 일으키는 등의 문제가 발생하고 있었다. 또한, 2차 전지는 열에 약하여 전지의 온도 상승을 방지할 필요가 있으며, 과방전 및 과충전을 일으키지 않도록 회로 설계에 주의를 기울여야만 했다. 이러한 문제에 대처하기 위해, 최근에 비접촉형 충전 방식이 검토되고 있다.

비접촉형 충전 방식은 수전 장치와 급전 장치의 양쪽에 코일을 설치함으로써 전자기 유도를 이용한 충전 방식이다. 이러한 타입의 충전 방식에서는, 비접촉형이기 때문에, 2개의 장치의 전극들간의 접촉압을 고려할 필요는 없다. 또한, 접촉압을 고려하지 않아도 되므로, 장치의 전극들의 접촉 상태에 좌우되지 않고 안정된 충전 전압을 공급할 수 있다.

종래의 비접촉형 충전 방식은 전동 칫솔이나 전기 면도기와 같은 저소비 전력으로 충전 시간이 긴 전자 기기에 사용되고 있었다. 당시의 2차 전지인 니켈 수소 전지가 주로 사용되어, 대부분의 니켈 수소 전지는 충전하는 데 약 8시간의 긴 충전 시간을 필요로 했다. 최근, 새로운 2차 전지로서 Li 이온 2차 전지 등의 고용량 고밀도 전지가 출현하게 되었다. 그 결과, 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 대소비 전력량으로 고속 충전을 필요로 하는 전자 기기에 대해서도 비접촉 충전 방식이 최근 검토되고 있다.

비접촉형 충전기의 일례로서, 일본 특허 공개 평11-265814호 공보(특허 문헌1) 또는 일본 특허 공개 제2000-23393호 공보(특허 문헌 2)를 들 수 있다. 이들 특허 문헌에 개시된 방식은 모두 페라이트 코어를 자심으로 하여 그 둘레에 코일을 권회함으로써 소형화를 실현하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 평9-190938호 공보(특허 문헌 3)에서는, 페라이트 분말과 아몰퍼스 분말을 혼합하여 수지 기판을 형성하여 이 수지 기판에 코일 등을 실장함으로써, 소형화 및 박형화를 실현하고 있다.

그러나, 페라이트는 얇게 가공하면, 부러지기 쉽고 내충격성이 약하여, 기기의 낙하 또는 충돌 등으로 인해 수전 시스템에 결함이 발생하게 되는 문제가 있었다. 또한, 전자 기기의 박형화에 대응하여 수전 부분을 박형화하기 위해, 코일에 금속 분말 페이스트를 인쇄하여 형성된 평면 코일을 채용하였다. 평면 코일과 자성 시트를 사용하여 결합을 강화하는 구조의 일례로서, 일본 실용신안 공개 소58-80753호 공보(특허 문헌 4), 일본 특허 공개 평4-122007호 공보(특허 문헌 5) 또는 일본 특허 공개 평8-148360호 공보(특허 문헌 6)가 제안되어 있다. 이들 제안된 구조에서는, 자성체(자성 시트)는 1차, 2차 코일간의 결합을 강화하기 위한 코어재로서 사용되고 있다.

한편, 송전 속도가 커지면, 인접한 변압기간의 결합뿐만 아니라, 그 주변 부품에서 발열에 의한 결함이 발생하기 쉽다. 즉, 평면 코일을 사용하는 경우, 평면 코일을 통과하는 자속이 기기 내부의 기판 등에 연결되어, 전자기 유도에 의해 발생하는 와전류에 의해 장치 내부가 발열하게 된다. 그 결과, 큰 전력을 송신할 수 없어 충전 시간이 오래 걸리는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제에 대처하기 위해, 자성체(자성 시트)는 이면에 대한 실드재(shielding member)로서도 사용되고 있었다. 충분한 실드 효과를 얻기 위해서는, 자성체(자성 시트)는 투자율이 크고, 면적 및 두께가 클수록, 보다 유효한 실드 효과를 얻을 수 있다.

또한, 송신 속도를 증가시키기 위해서는, 송전 전력을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 금속체에 대해 송전을 계속하면, 금속체 내에서 발생하는 와전류에 의해 금속체가 발열한다. 따라서, 다음과 같은 안전 시스템을 제공할 필요가 있다. 예를 들어 송전(급전) 장치의 코일을 1차 코일로 하고, 수전 장치측의 코일을 2차 코일로 하며, 1차 코일을 RF-ID 태그(radio-frequency-identification tag)의 안테나로서 사용하는 경우에, 안전 시스템은 1차 코일의 상부에 2차 코일이 있는지의 여부를 RF 신호에 기초하여 판단한다.

그러나, 이 경우, 자성체(자성 시트)와 송전 장치측 코일간의 위치 관계에 따라 1차 코일의 인덕턴스가 크게 변화하면, 1차 코일측에서 송전을 위해 설치된 공진 회로의 공명 주파수가 또한 크게 변화하여 충분한 공진을 얻을 수 없어 상술한 안테나가 잘 기능할 수 없게 되는 문제점이 발생하고 있었다.

일본특허공개평11-265814호공보 일본특허공개제2000-23393호공보 일본특허공개평9-190938호공보 일본실용신안공개소58-80753호공보 일본특허공개평4-122007호공보 일본특허공개평8-148360호공보

상술한 바와 같이, 종래의 비접촉형 충전 시스템의 수전 장치는, 송전 효율 향상을 위한 결합 강화, 발열 억제를 위한 실드성 향상을 위해, 1차 코일측과는 반대인 면, 즉 2차 코일의 표면에 고투자율 및 큰 체적의 자성체(자성 시트)를 배치한다. 상술한 종래의 배치에 따르면, 1차 코일의 인덕턴스의 변동이 커지고, 상기 자성체와 1차 코일간의 상대 위치 관계에 따라서 공진 회로의 동작 조건이 충분한 효과를 발휘할 수 있는 공진 조건으로부터 어긋나게 되는 문제가 발생하고 있었다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공진성을 향상시키고, 또한 발열을 억제할 수 있는 수전 장치를 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 수전 장치를 사용한 전자 기기 및 수전 시스템은 송전 전력을 크게 하는 것이 가능해지고, 충전 시간의 단축이 가능해진다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 발생한 교류 전압(AC 전압)을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류 전압(DC 전압)이 충전되는 2차 전지와, 상기 2차 전지로부터 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스를 포함하는 비접촉형 수전 장치로서, 상기 2차 전지와 스파이럴 코일 사이, 및 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이의 적어도 1군데에 배치된 복합 자성체를 더 포함하고, 상기 복합 자성체는 절연층을 개재하여 제1 및 다른 자성 시트(자성 리본)의 층을 포함하는 적어도 2층의 자성 시트를 포함하며, 상기 스파이럴 코일측에 설치된 제1 자성 시트의 비투자율을 μd, 상기 제1 자성 시트의 두께를 tu라고 하고, 상기 제1 자성 시트 이외의 다른 자성 시트층의 평균 비투자율을 μu, 상기 다른 자성 시트층의 총 두께를 tu로 하였을 때에, 상기 복합 자성체는 μdㆍtd≤60[㎜], μuㆍtu≥100[㎜]인 관계를 만족시키는 비접촉형 수전 장치를 제공한다.

또한, 상기 비접촉형 수전 장치에 있어서, 상기 복합 자성체는 (μuㆍtu)/(μdㆍtd)≥10의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 자성 시트의 표면적은 상기 복합 자성체를 구성하는 다른 자성 시트층의 표면적보다 큰 것이 바람직하고, 상기 복합 자성체의 절연층은 자성 분말을 함유한 수지로 이루어진 것이 보다 바람직하며, 또한 상기 제1 자성 시트와 다른 자성 시트와의 거리가 30㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 복합 자성체의 총 두께는 0.3㎜ 이하이고, 상기 2차 전지가 Li 이온 2차 전지인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 비접촉형 수전 장치는 여러 가지 전자 기기에 적합하다. 또한, 본 발명의 전자 기기를 비접촉형 급전 장치에 설치한다면 전자 기기에 대한 충전을 가능하게 하는 충전 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 스파이럴 코일(수전측 스파이럴 코일: 2차 코일)과 2차 전지 사이, 및 정류기와 상기 스파이럴 코일 사이의 적어도 1군데에 복수의 자성 시트(자성 리본)를 포함하는 복합 자성체를 배치한다. 따라서, 급전측 스파이럴 코일(1차 코일)로부터 발생한 자속이 회로 기판 및 2차 전지 등에 쇄교하는 것을 방지하고, 유도 기전력(전자기 유도)에 기인한 노이즈 및 발열을 억제하면서, 2차 코일의 유무에 의한 1차 코일의 인덕턴스 변동량을 제어하여, 1차 코일이 구성하는 공진 회로의 공진성을 향상시켜 발진을 효과적으로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수전 장치의 일 실시예를 도시하는 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 수전 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 수전 장치에 구비되는 복합 자성체의 일 실시예를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 충전 시스템의 일 실시예를 도시하는 단면도.

도 1은 본 발명에 따른 수전 장치의 일 실시예를 도시하는 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명에 따른 수전 장치의 다른 실시예를 도시하는 분해 사시도이다. 도면에서, 참조 번호 1은 전자 기기, 참조 번호 2는 수전 장치, 참조 번호 3은 전자 기기 본체부, 참조 번호 4는 하우징, 참조 번호 11은 스파이럴 코일, 참조 번호 12는 정류기, 참조 번호 13은 2차 전지, 참조 번호 14는 전자 기기 본체부의 전자 디바이스, 참조 번호 15는 전자 디바이스를 탑재하는 회로 기판, 참조 번호 16은 복합 자성체를 지칭한다.

또한, 도 1은 스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13) 사이에 복합 자성체(16)를 배치한 일 실시예를 나타내고, 도 2는 전자 디바이스(14)와 스파이럴 코일(11) 사이에 복합 자성체(16)를 배치한 일 실시예를 나타낸다.

우선, 본 발명의 수전 장치는 스파이럴 코일, 정류기, 2차 전지, 전자 디바이스를 구비하고 있다. 스파이럴 코일은 구리 등의 금속 와이어를 권회한 것, 또는 금속 분말 페이스트를 인쇄하고나서 건조시킨 평면 코일에 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 스파이럴 코일의 권회 형상은 원형, 타원, 사각형, 다각형에 특별히 한정되는 것은 아니다. 스파이럴 코일의 권회 횟수도 요구 특성에 따라서 제어하면 된다.

또한, 정류기는 트랜지스터, 다이오드 등의 각종 반도체 소자로 형성된다. 또한, 정류기의 개수는 임의로 특정되어, 필요에 따라 1개 또는 2개 이상의 정류기를 제공한다. 이에 관련하여, 도 1에 나타난 바와 같이, 정류기(12)를 회로 기판(15)의 안테나측에 설치하였지만, 안테나와 반대의 면에 설치해도 된다. 또한, 정류기는 TFT 등의 성막 기술로 형성될 수도 있다.

2차 전지(13)는 충방전이 가능하며, 평판형이나 버튼형 등의 다양한 형상의 2차 전지를 사용할 수 있다. 전자 디바이스(14)는 저항 소자, 용량 소자, 인덕턴스 소자, 제어 소자 등 회로를 구성하기 위한 각종 소자를 나타내는 것이다. 또한, 회로 기판(15)은 수지 필름이나 세라믹 기판 등으로 이루어진 절연성 기판 상에, 상기 전자 디바이스를 실장하여 회로를 설치하기 위한 기판이다.

복합 자성체(16)는 절연층을 개재하여 적어도 2층 이상의 자성 시트(자성 리본(magnetic ribbons))를 포함한다. 2층 이상의 자성 시트에서, 스파이럴 코일측의 자성 시트를 제1 자성 시트라 하고, 제1 자성 시트 이외의 자성 시트를 후속(제2 이후, 또는 나머지) 자성 시트라 한다. 제2 이후의 자성 시트는 제1 자성 시트측으로부터 차례로 제2 자성 시트, 제3 자성 시트, ...라 한다. 따라서, 자성 시트가 2층인 경우에는, 복합 자성체는 스파이럴 코일측으로부터 제1 자성 시트와 제2 자성 시트를 포함한다. 반면에, 자성 시트가 3층인 경우에는 스파이럴 코일측으로부터 제1 자성 시트, 제2 자성 시트, 제3 자성 시트를 포함한다.

본 발명에 있어서, 복합 자성체를 구성하는 제1 자성 시트의 비투자율(relative magnetic permeability)을 μd, 제1 자성 시트의 두께를 td(㎜), 제1 자성 시트 이외의 다른 자성 시트층의 평균 비투자율을 μu, 다른 자성 시트의 총 두께를 tu(㎜)로 하였을 때에, 복합 자성체는 μdㆍtd≤60; μuㆍtu≥100의 관계식을 충족한다. 제1 자성 시트 이외의 다른(제2 이후의) 자성 시트층의 평균 비투자율은 각각의 자성 시트의 각 자성 시트의 투자율을 측정하여 평균치를 취함으로써 구해진다. 또한, 총 두께는 각각의 자성 시트의 각 두께를 측정하여 합한 값이다. 값(자성 시트의 비투자율×자성 시트의 두께)은 자기 회로의 자기 저항을 나타낸다.

본 발명에서는, 복합 자상체가 다음 관계식: μdㆍtd≤60; μuㆍtu≥100를 충족하도록 되어 있다. 제1 자성 시트는 스파이럴 코일에 가장 가까운 자성 시트이기 때문에, 충전할 때에 공진 주파수에 영향을 미치기 쉽다. 따라서, μdㆍtd≤60이 설정될 때, 자기 저항을 크게 하여 자속이 제1 자성 시트에 집중되는 것을 방지하고, 제1 자성 시트에서의 손실을 억제하고, 공진성이 저하되는 것을 방지한다.

또한, 관계식: μuㆍtu≥100으로 하는 경우, 자기 저항은 감소하고 실드 효과는 향상되어, 기기 내부의 기판 등에 발생하는 와전류를 억제하여 발열을 감소시킨다. 즉, 제1 자성 시트만이 제공되는 경우, 실드 효과가 불충분하여 발열을 억제할 수 없다. 반면에, 다른(제2 이후의) 자성 시트만이 제공되는 경우에는, 공진성이 저하된다. 예를 들어, 관계식: μuㆍtu≥100을 각각이 충족하고 있는 자성 시트들만이 다층 구조로 형성되는 경우에는, 실드성은 향상되지만 공진성이 저하되는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 스파이럴 코일측에 관계식: μdㆍtd≤60을 충족하는 제1 자성 시트를 설치한 구조를 채택하고 있다.

또한, 구조는 관계식: (μuㆍtu)/(μdㆍtd)≥10을 충족하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 제1 자성 시트는 공진성을 향상시키는 것을 주기능으로 하고, 다른(제2 이후의) 자성 시트는 실드성을 향상시키는 것을 주기능으로 한다. 관계식: (μuㆍtu)/(μdㆍtd)≥10을 충족하는 경우, 제1 자성 시트와 다른 자성 시트의 기능 분담이 명확해져, 수전 장치의 특성이 향상된다.

이에 관련하여, (μuㆍtu)/(μdㆍtd)비의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만 70 이하가 바람직하다. (μuㆍtu)/(μdㆍtd)비가 70을 초과해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, μu 또는 tu를 극단적으로 크게 하거나, μd 또는 td를 극단적으로 작게 할 필요가 있어, 제조 관리가 어려워진다.

또한, 복합 자성체에 있어서, 제1 자성 시트의 면적이 다른 자성 시트의 면적보다 큰 것이 보다 바람직하다. 복수의 다른(제2 이후의) 자성 시트가 제공되는 경우에는, 그 중에서 가장 면적이 큰 것을 다른 자성 시트의 면적으로 한다. 제1 자성 시트의 면적이 다른 자성 시트의 면적보다 큰 경우에, 공진성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 복합 자성체를 구성하는 절연층은 무기 절연층, 유기 절연층 등 특별히 한정되는 것은 아니다. 절연층은 절연성 수지를 사용한 유기 절연층으로서 형성되는 것이 바람직하다. 절연성 수지는 접착제, 필름, 고무 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 이러한 절연성 수지는 자성 시트의 크기에 맞게 제공될 수 있다.

또한, 절연층은 또한 절연 필름, 접착제, 고무 등을 조합함으로써 형성될 수 있다. 한가지 예로서 접착제를 갖는 절연 필름이 있다. 또한, 절연성 수지로서는, 예를 들어 천연 고무, 네오프렌 고무, 클로로프렌 고무, 실리콘 고무, 하이파론, 그 밖의 합성 고무, PVC 수지, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 나프탈레이트 수지, 폴리에스테르 엘라스토머 수지, 불소 수지 그 밖의 합성 수지를 사용할 수 있다. 절연층이 없고, 제1 및 다른 자성 시트가 직접적으로 면 접촉하고 있는 경우에, 역할(기능)을 분담하는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 즉, 제1 및 다른 자성 시트가 직접적으로 면 접촉하고 으면, 접속된 자성 시트들이 하나의 자성 시트로서 기능하게 된다.

또한, 절연층은 각 자성 시트의 절연성을 유지할 수 있으면 충분하다. 자성 시트의 최외층에 대해서는, 절연층이 있던지 없던지 문제가 되지 않을 것이다. 그러나, 자성 시트의 최외층에 절연층을 형성한 경우, 주변 부재(회로 기판, 2차 전지, 스파이럴 코일)에 대한 절연성을 유지할 수 있기 때문에, 바람직하다. 도 1에 절연층의 일례를 도시하였다.

도 3의 (a)는 자성 시트의 한쪽면에 절연층으로서 접착제층과 절연 필름을 제공한 일례를 나타내고, 도 3의 (b)는 자성 시트의 양면에 절연층으로서 접착제층과 절연 필름을 형성한 다른 예를 나타낸다. 도면에서, 참조 번호 5는 절연 필름, 참조 번호 6은 접착제층, 참조 번호 7은 자성 시트를 지칭한다. 이 자성 시트와 절연층을 적층하여 적층체를 다층화하는 경우, 본 발명의 실시예용의 복합 자성체가 된다.

또한, 복합 자성체의 절연층이 자성 분말을 함유한 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연층에 자성 분말을 함유시키는 경우, 실드 효과가 향상되어 발열을 충분히 억제할 수 있다. 자성 분말로서는, 페라이트 분말, 센더스트 분말, 아몰퍼스 분말 등을 예로 들 수 있다.

또한, 상술한 복합 자성체에 있어서, 상기 제1 자성 시트와 다른 자성 시트사이의 거리가 30㎛ 이상인 것이 바람직하다. 제1 자성 시트와 다른 자성 시트사이의 거리는 제1 자성 시트와 제2 자성 시트를 절연시키기 위한 절연층의 두께로서 정의된다. 따라서, 절연층의 바람직한 두께는 30㎛ 이상이다.

전술한 바와 같이, 제1 자성 시트와 다른 자성 시트가 직접적으로 서로 면 접촉하고 있으면, 이 접촉된 자성 시트들은 하나의 자성 시트로서 기능한다. 따라서, 이들 사이에 절연층을 개재시킴으로써 제1 자성 시트와 제2 자성 시트의 면 접촉을 방지할 필요가 있다. 한편 절연층의 두께가 너무 얇으면, 이 2개의 자성 시트간의 층간 절연 효과가 불충분해질 우려가 있다. 따라서, 절연층의 두께를 30㎛ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 관련하여, 절연층의 두께(즉, 제1 자성 시트와 다른 자성 시트간의 거리)의 상한은 200㎛ 이하가 바람직하다. 절연층의 두께가 너무 두꺼우면, 제1 자성 시트와 다른 자성 시트간의 거리가 지나치게 이격되게 되어, 기능 분담 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 또한, 복합 자성체의 총 두께도 필요 이상으로 두꺼워져, 복합 자상체를 박형화하기 곤란해진다. 이에 관련하여, 복합 자성체의 총 두께는 0.3㎜ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 복합 자성 시트를 구성하는 자성 시트는 전술한 비투자율×두께를 만족하는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 자성 시트는 Co계 아몰퍼스 합금, Fe계 아몰퍼스 합금, Fe계 미세 결정 합금, 퍼멀로이와 같은 자성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이들 자성 재료는 모두 롤 급냉법(단롤법 또는 쌍롤법) 또는 압연(rolling method)으로 제작할 수 있으므로 평균 두께가 100㎛ 이하인 자성 시트를 얻기 쉽다. 또한, 최종 자성 시트의 비투자율의 조정도 행하기 쉽다.

또한, Co계 아몰퍼스 합금 및 Fe계 아몰퍼스 합금으로서는, 다음 화학식 1을 갖는 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, T는 Co 및 Fe으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 지칭하고, M은 Ni, Mn, Cr, Ti, Zr, Hf, Mo, V, Nb, W, Ta, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re 및 Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 지칭하고, X는 B, Si, C 및 P로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 지칭하며, a 및 b는 관계식: 0≤a≤0.3, 10≤b≤35at%를 만족한다. 상술한 화학식 1에서, T 원소 중에 Co와 Fe의 양쪽을 포함하고 있는 경우, Co의 양이 상대적으로 많으면, 합금은 Co계 아몰퍼스 합금이라고 칭한다. 이와는 대조적으로, Fe의 양이 많으면, 합금은 Fe계 아몰퍼스 합금이라 칭한다.

상술한 화학식 1에서, T 원소는 자속 밀도, 자기 변형, 철 손실 등의 요구되는 자기 특성에 따라서 조성 비율을 제어하기 위해 사용된다. M 원소의 첨가량은 a의 값으로서 0.3 이하로 하는 것이 바람직하다. M 원소의 첨가량이 너무 지나치게 많으면, 상대적으로 T 원소량이 감소하여, 아몰퍼스 자성 합금 시트의 자기 특성이 저하되는 단점이 있다. M 원소의 첨가량을 나타내는 a의 값은 실제적으로는 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하다. a의 값은 0.15 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

X 원소는 아몰퍼스 합금을 얻는 데 필요한 필수 원소이다. 특히, 붕소(B)는 자성 합금 아몰퍼스화에 유효한 원소이다. 규소(Si)는 아몰퍼스상의 형성을 조성하거나, 또한 결정화 온도의 상승에 유효한 원소이다. X 원소의 함유량이 너무 과다하면, 투자율이 저하되고 합금이 잘 부러질 수 있다. 이와는 대조적으로, X 원소의 함유량이 너무 적으면, 합금 아몰퍼스화가 곤란해진다. 이러한 이유로, X 원소의 함유량은 10 내지 35at%의 범위로 하는 것이 바람직하다. X 원소의 함유량은 15 내지 25at%의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, Fe계 미세 결정 자성 합금으로서는, 다음 화학식 2를 만족하는 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

식 중, A는 Cu 및 Au로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, D는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ni, Co 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, E는 Mn, Al, Ga, Ge, In, Sn 및 백금족 원소로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, Z는 C, N 및 P로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, c, d, e, f, g 및 h는 관계식 0.01≤c≤8at%, 0.01≤d≤10at%, 0≤e≤10at%, 10≤f≤25at%, 3≤g≤12at%, 15≤f+g+h≤35at%를 각각 만족하는 수이며, 상기 합금 구조의 면적비로 20% 이상이 입경 50㎚ 이하의 미세구조로 이루어져 있다.

상기한 화학식 2에 있어서, A 원소는 합금의 내식성을 높이고, 결정 입자의 조대화를 방지함과 함께, 철손이나 합금의 투자율 등의 자기 특성을 개선하기 위해 사용된다. A 원소의 함유량이 너무 적으면, 결정립의 조대화 억제 효과를 얻기 곤란하다. 반대로, A 원소의 함유량이 지나치게 많으면, 자기 특성이 열화된다. 따라서, A 원소의 함유량은 0.01 내지 8at%의 범위로 하는 것이 바람직하다. D 원소는 결정립 직경의 균일화 및 자기 변형의 저감 등에 유효한 원소이다. D 원소의 함유량은 0.01 내지 10at%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

E 원소는 합금의 연자기 특성 및 내식성의 개선에 유효한 원소이다. E 원소의 함유량은 10at% 이하로 하는 것이 바람직하다. Si 및 B는 자성 시트 제조 시에 있어서의 합금의 아몰퍼스화를 조성하는 원소이다. Si의 함유량은 10 내지 25at%의 범위로 하는 것이 바람직하고, B의 함유량은 3 내지 12at%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, Si 및 B 이외의 합금의 아몰퍼스화 조성 원소로서 Z 원소를 합금에 포함하고 있어도 된다. 그 경우, Si, B 및 Z 원소의 합계 함유량은 15 내지 35at%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 미세 결정 구조는, 입경이 5 내지 30㎚의 결정립이 합금 구조 중에 면적비로 50 내지 90%의 범위로 존재하는 구조를 구현하도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 자성 시트로서 사용하는 아몰퍼스 자성 합금 시트(얇은 리본)는, 예를 들어 롤 급냉법(용탕 급냉법)에 의해 제작할 수 있다. 구체적으로는, 자성 시트는 합금 원재료를 준비하는 단계와, 이 합금 원재료를 녹여 합금 용탕을 준비하는 단계와, 이 합금 용탕을 급속 냉각(quenching)하는 단계를 포함하는 방법을 통해 제작된다.

미세 결정 자성 합금 시트는, 예를 들어, 용탕 급냉법에 의해 아몰퍼스 합금 시트(얇은 리본)를 제작하는 단계와, 아몰퍼스 합금의 결정화 온도로부터 -50℃ 내지 +120℃의 온도에서 1분 내지 5시간 동안 열처리를 행함으로써 미세 결정 입자를 석출시키는 단계를 포함하는 방법을 통해 얻을 수 있다. 또한, 용탕 급냉법의 급냉 속도를 제어하여 미세 결정 입자를 직접 석출시키는 방법을 통해서도, 미세 결정 자성 합금 시트를 얻을 수 있다.

롤 급냉법을 이용할 경우, 합금 용탕의 사출 속도 또는 롤의 회전 속도를 제어함으로써, 얻어지는 자성 시트의 두께를 제어할 수 있다. 또한, 퍼멀로이에 대해서는, 소정 조성의 합금 용탕으로부터 판재를 제작하고, 그 후, 압연을 행함으로써 자성 시트를 제작할 수 있다.

합금의 비투자율을 제어하기 위해서, 열처리 및 분할이 효과적이다. 예를 들어, Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성 및 20㎛의 두께를 갖는 Co계 아몰퍼스 시트의 경우, 이 아몰퍼스 시트의 135㎑에서의 비투자율은 3000 정도이다. 그러나, 이 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 동안 열처리함으로써 10000 정도의 비투자율을 얻을 수 있다. 또한, 상기 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 동안 열처리함으로써 50000 정도의 비투자율을 얻을 수 있다. 또한, 440℃에서 60분 동안 열처리하여 형성한 아몰퍼스 시트를 분할함으로써 비투자율을 1000 내지 50000의 범위내에서 변화시킬 수 있다.

동일 재료의 투자율과 열처리, 분할에 대해 설명하였지만, 서로 다른 재료로 각기 구성된 자성체를 조합해도 된다. 예를 들어 규소 강판에서는 1500 정도의 투자율을 조정 가능하고, 50%Ni 퍼멀로이에서는 3000 정도의 투자율을 조정 가능하고, 80%Ni 퍼멀로이에서는 15000 정도의 투자율을 조정 가능하고, Fe계 아몰퍼스 합금에서는 5000 정도의 투자율은 조정 가능하다.

본 발명에 따른 비접촉형 수전 장치는 적어도 2개의 자성 시트를 갖는 복합 자성체를 포함하고, 상기 복합 자성체는 상기 2차 전지와 상기 스파이럴 코일 사이, 및 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이의 적어도 1군데에 배치되어 있다. 상기 2차 전지와 스파이럴 코일 사이, 및 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이에 상기 복합 자성체의 배치는 2차 전지/복합 자성체/스파이럴 코일의 위치 관계, 또는 전자 디바이스/복합 자성체/스파이럴 코일의 위치 관계가 유지되어 있는 상태를 의미한다.

따라서, 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 2차 전지/복합 자성체/스파이럴 코일의 형태로 각 구성 요소들이 직접 적층된 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 2와 같이 전자 디바이스/회로 기판/복합 자성체/2차 전지/스파이럴 코일 형태인 구조는, 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이의 부분에 복합 자성체가 배치된 구조에 포함된다. 즉, 본 발명은 회로 기판 등의 다른 구성 요소가 사이에 배치된 구조를 제외하는 것은 아니며, 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이의 부분에 다른 구성 요소들이 실질적으로 배치되어 있는 구조는 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 상기 2차 전지와 상기 스파이럴 코일 사이에 다른 요소를 배치하는 경우에 있어서도, 동일한 개념이 적용된다.

이상과 같은 비접촉형 수전 장치는 여러 가지 전자 기기에 탑재 가능하다. 전자 기기로서는, 휴대 전화, 휴대형 오디오 기기, 디지털 카메라, 핸디 카메라(동화상 녹화용 카메라), 무선 전화기, 노트북형 퍼스널 컴퓨터(랩탑형 퍼스널 컴퓨터), 휴대형 게임기 등을 예로 들 수 있다. 이들 전자 기기는 2차 전지에 의해 구동할 수 있으므로, 모두 무선 상태에서 구동가능한 휴대형 전자 기기이다.

도 4는 비접촉형 수전 장치를 사용한 충전 시스템(20)의 일례를 도시하고 있다. 충전 시스템(20)은 수전 장치(1), 수전 장치측에 설치된 스파이럴 코일(11)(2차 코일), 2차 전지(13), 복합 자성체(16), 급전 장치(30), 급전 장치측에 설치된 스파이럴 코일(31)(1차 코일), 1차 코일용 자심(32)을 포함하고 있다.

충전 동작의 구조는 다음과 같다. 우선, 급전 장치(30)측에 설치된 스파이럴 코일(31)에 전원(도시하지 않음)으로부터의 교류 전압을 인가하여, 급전 장치(30)측에 설치된 스파이럴 코일(31)에 자속을 발생시킨다. 이어서, 스파이럴 코일(31)에 발생시킨 자속은, 급전 장치측에 설치된 스파이럴 코일(31)과 비접촉 상태로 배치된 수전 장치측에 설치된 스파이럴 코일(11)에 전달된다.

수전 장치측 스파이럴 코일(11)은 자속을 받아 전자기 유도에 의해 교류 전압을 발생시킨다. 이 교류 전압은 정류기(12)에 의해서 정류된다. 정류기(12)에 의해서 정류된 직류 전압은 2차 전지(13)에 충전된다. 이 충전 시스템(20)에 의하면, 비접촉 상태로 전력의 전송이 행해진다.

본 발명의 수전 장치에 따르면, 소정의 위치에 복합 자성체를 배치하고 있으므로 공진성이 향상되고, 1차 코일과 2차 코일 사이의 충분한 결합과 1차 코일의 인덕턴스 변동량의 억제의 최적화를 도모하면서, 실드 효과를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 1차 코일(급전 장치측 코일)로부터의 자속의 전달률이 양호하므로 충전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 실드 효과도 양호하기 때문에, 충전 동작 중의 발열도 억제할 수 있다.

전술한 바와 같이, 휴대형 전자 기기는 박형화, 소형화되어 있다. 그로 인해, 수전 시스템 및 전자 디바이스 등을 실장한 회로 기판을 케이싱 등에 컴팩트하게 수납해야만 한다.

그러나, 본 발명에 따르면, 충전 동작 중의 발열을 억제함으로써 전자 디바이스 등의 회로 부품에의 영향을 효과적으로 방지할 수 있다. 본 발명의 수전 장치에 의하면, 복합 자성체와 수전 장치측 스파이럴 코일의 합계 두께를 감소시킬 수가 있으며, 그 합계 두께를 0.5㎜ 이하로 얇게 하는 것도 가능하다.

또한, 2차 전지 중에서도, Li 이온 2차 전지는 용량이 크기 때문에 전자 기기의 구동 전원으로서 사용되고 있다. 그러나, Li 이온 2차 전지는 열에 약하다. Li 이온 2차 전지가 필요 이상으로 가열되면, 전지 내부에서 이산화탄소(CO₂) 가스가 발생할 우려가 있다. 본 발명에 따르면, 실드 효과를 향상시켜 발열을 억제하고 있으므로 2차 전지에의 악영향을 효과적으로 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 발명은 열에 약한 Li 이온 2차 전지를 탑재한 수전 장치에 적합하다고 할 수 있다.

(실시예)

(충전 시스템)

비접촉형의 충전 시스템으로서, 휴대 전화용 충전 시스템을 준비하였다. 충전 장치에서, AC 전원으로부터의 전력이 제어 회로를 통해 일정한 전자기파로 변환되며, 그 전자기파를 송신하는 1차 코일이 받침대의 근방에 설치된다. 수전 장치는 휴대 전화 내에 설치된 스파이럴 코일로 이루어지는 2차 코일과, 이 2차 코일이 수신한 전자기파를 정류하는 정류기와, 이 정류기를 실장하는 회로 기판 및 2차 전지를 포함하는 구조를 갖고 있다.

이와 관련하여, 1차 코일은 구리 와이어를 외경 40㎜, 내경 5㎜의 형상을 제공하도록 권회하여 형성된 것이다. 자성체는 비투자율(μ1) 100, 두께(d1) 0.5㎜, 크기 45㎜×45㎜인 것이 구비되었다. 수전 시스템은, 구리 와이어를 외경 30㎜, 내경 10㎜의 형상을 제공하도록 권회하여 형성된 2차 코일과, 이 2차 코일을 통해 충전 시스템의 반대측에 설치되는 자성체를 포함하여 구성된다. 자성체는 2층 이상의 자성 시트를 적층하여 형성되는 복합 자성체로 구성된다. 각 실시예에서 사용한 복합 자성체는 이하와 같다.

(실시예 1)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 200℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 1용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 2)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 3㎜×3㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다. 이 분할된 소편의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하고, 상기 소편을 35㎜×35㎜의 면적에 배열하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 250℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 2용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 3)

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 3용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 4)

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 4용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 5)

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 250℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 25㎜×25㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 5용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 6)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 3㎜×3㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다. 이 분할된 소편의 한쪽면에는 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를, 그리고 그 다른쪽 면에는 30㎛ 두께의 접착층을 개재하여 50㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하고, 상기 소편을 35㎜×35㎜의 면적에 배열하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 한쪽면에는 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를, 그리고 그 다른쪽 면에는 30㎛ 두께의 접착층을 개재하여 50㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 6용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 7)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 3㎜×3㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다. 이 분할된 소편의 한쪽면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하고, 상기 소편을 35㎜×35㎜의 면적에 배열하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 한쪽면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 20㎛의 접착층을 개재하여 상기 폴리카르보네이트 수지를 부착하지 않은 면에서 접착하여 실시예 7용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 8)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 5㎜×5㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다. 이 분할된 소편의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하고, 상기 소편을 35㎜×35㎜의 면적에 배열하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 가공하여 각각 35㎜×35㎜ 크기의 2매를 만들었다. 제각기 가공된 2매의 시트의 한쪽면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 및 제3 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 제1 자성 시트, 제2 자성 시트 및 제3 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 폴리카르보네이트 수지를 부착하지 않은 면에서 접착하여 실시예 8용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 9)

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 가공하여 각각 20㎜×20㎜ 크기의 2매를 만들었다. 제각기 가공된 2매의 시트의 한쪽면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 및 제3 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 제1 자성 시트, 제2 자성 시트 및 제3 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 폴리카르보네이트 수지를 부착하지 않은 면에서 접착하여 실시예 9용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 10)

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 10용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 11)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 3㎜×3㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다.

한편, 센더스트의 편평 미립자(평균 입경:5㎛)를 실리콘 수지 중에 분산시켜 페이스트를 준비하였다. 이렇게 준비된 페이스트를 상기 소편(자성체)의 양면에 도포하고, 이 페이스트를 경화시켜 30㎛의 전체 두께를 각각 갖는 코팅된 소편을 제조하였다. 이어서, 이 코팅된 소편을 35㎜×35㎜의 면적에 배열하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 35㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 30㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 실시예 11용 복합 자성체를 제조하였다.

(실시예 12)

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 한쪽면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 상기 폴리카르보네이트 수지를 부착하지 않은 면에서 접착하여 실시예 12용 복합 자성체를 제조하였다.

(비교예 1)

상기 수전 장치에 있어서, 2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 350℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 비교예 1용 복합 자성체를 제조하였다.

(비교예 2)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 3㎜×3㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다. 이 분할된 소편의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제1 자성 시트를 제조하였다.

한편, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 200℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 20㎜×20㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하여 제2 자성 시트를 제조하였다. 후속하여, 이렇게 제조한 상기 제2 자성 시트와 상기 제1 자성 시트를 두께 10㎛의 접착층을 개재하여 접착하여 비교예 2용 복합 자성체를 제조하였다.

(비교예 3)

2차 코일에 인접하는 복합 자성체는 하기와 같이 제조하였다. 즉, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 440℃에서 60분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 또한, 이 가공된 시트를 제각기 3㎜×3㎜ 크기를 갖는 소편으로 분할하였다. 이 분할된 소편의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하고, 상기 소편을 35㎜×35㎜의 면적에 배열하여 단일층의 자성 시트를 제조하였다.

(비교예 4)

포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 460℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 이 가공된 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착함으로써 단일층의 자성 시트를 제조하였다.

(비교예 5)

포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 평균 두께 t가 20㎛인 Co₇₀Fe₅Si₅B₂₀(원자비)의 조성을 갖는 Co계 아몰퍼스 시트(리본)를 준비하였다. 그리고나서, 이 Co계 아몰퍼스 시트를 460℃에서 30분 열처리하였다. 이 열처리된 시트를 35㎜×35㎜로 가공하였다. 이 시트의 양면에 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 25㎛ 두께의 폴리카르보네이트 수지를 부착하였다. 이렇게 제조된 2개의 자성 시트를 10㎛ 두께의 접착층을 개재하여 부착함으로써 자성 시트를 제조하였다.

이렇게 제조된 상기 각 실시예 및 비교예에 따른 비접촉형 수전 장치를 사용한 충전 시스템에 대해, 사용한 복합 자성체의 구성 및 충전 시스템의 공진성 및 실드성(발열 상태)을 평가하여 하기 표 1에 나타내는 결과를 얻었다.

이와 관련하여, 충전 시스템의 동작 조건으로서, 송전 전류는 1A, 송전 전력은 1.5W로 설정하였다. 실드성을 평가하기 위해서, 2차 코일 및 자성 디바이스의 이면에 배터리를 배치하였다.

평가의 기준으로서는 다음과 같다. 즉, 1시간 동안의 송전 완료 후, 온도 상승이 35℃ 이상으로 되는 경우에는 실드성은 "NG"(좋지 않음: × 심볼)라 평가하고, 33℃ 이상 35℃ 미만의 경우에는 실드성은 심볼 △를 갖는 "양호함(good)"으로 평가하고, 33℃ 미만으로 되는 경우에는 실드성은 심볼 ○를 갖는 "우수함(excellent)"으로 평가하였다.

또한, 공진성의 평가 기준으로서는 다음과 같다. 즉, 1차 코일이 배터리에 제공된 RF-ID 태그 신호를 100% 수신할 수 있었던 경우에는, 공진성은 심볼 ○를 갖는 "우수함(excellent)"으로 평가하고, 신호 수신 동작 중에 오류율이 5% 미만인 경우에는, 공진성은 심볼 △를 갖는 "양호함(good)"으로 평가하고, 오류율이 5% 이상인 경우에는, 공진성은 "NG"(좋지 않음: × 심볼)라 평가하였다.

상기 표 1에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 각 실시예에 관한 수전 장치는 공진성 및 실드성이 양호하였다.

(산업상 이용가능성)

본 발명에 따르면, 스파이럴 코일(수전측 스파이럴 코일: 2차 코일)과 2차 전지 사이, 및 정류기와 상기 스파이럴 코일 사이의 1군데 이상에 복수의 자성 시트를 포함하는 복합 자성체가 구비된다. 그러므로, 급전측 스파이럴 코일(1차 코일)로부터 발생한 자속이 회로 기판 및 2차 전지 등에 쇄교하는 것을 방지하고, 유도 기전력(전자기 유도)에 기인한 노이즈와 발열을 억제하면서, 2차 코일의 유무에 의한 1차 코일의 인덕턴스 변동량을 제어하여, 1차 코일이 구성하는 공진 회로의 공진성을 향상시키고 발진을 효과적으로 제어할 수 있다.

Claims

비접촉형 수전 장치(power receiving)로서,
스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과,
상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와,
상기 정류기에 의해 정류된 직류 전압이 충전되는 2차 전지와,
상기 2차 전지로부터 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스를 포함하고,
상기 2차 전지와 스파이럴 코일 사이, 및 상기 전자 디바이스와 상기 스파이럴 코일 사이의 적어도 1군데에 배치된 복합 자성체를 더 포함하고, 상기 복합 자성체는 절연층을 개재하여 제1 및 다른 자성 시트층을 포함하는 적어도 2층의 자성 시트를 포함하며, 상기 스파이럴 코일측에 설치된 제1 자성 시트의 비투자율(relative magnetic permeability)을 μd, 상기 제1 자성 시트의 두께를 tu라고 하고, 상기 제1 자성 시트 이외의 다른 자성 시트층의 평균 비투자율을 μu, 상기 다른 자성 시트층의 총 두께를 tu로 하였을 때에, 상기 복합 자성체는 μdㆍtd≤60[㎜] 및 μuㆍtu≥100[㎜]인 관계를 만족시키는, 비접촉형 수전 장치.
제1항에 있어서,
상기 복합 자성체는 (μuㆍtu)/(μdㆍtd)≥10의 관계를 만족시키는, 비접촉형 수전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 자성 시트의 표면적은, 상기 복합 자성체를 구성하는 다른 자성 시트층의 표면적보다 큰, 비접촉형 수전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합 자성체의 절연층은 자성 분말을 함유한 수지로 이루어진, 비접촉형 수전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 자성 시트와 다른 자성 시트와의 거리가 30㎛ 이상인, 비접촉형 수전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복합 자성체의 총 두께는 0.3㎜ 이하인, 비접촉형 수전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 2차 전지는 Li 이온 2차 전지인, 비접촉형 수전 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 비접촉형 수전 장치를 포함하는, 전자 기기.
충전 시스템으로서,
제8항에 기재된 전자 기기와,
상기 전자 기기에 제공되어 상기 전자 기기에 대한 충전을 가능하게 하는 비접촉형 수전 장치를 포함하는, 충전 시스템.