KR101239305B1

KR101239305B1 - 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법

Info

Publication number: KR101239305B1
Application number: KR1020110052286A
Authority: KR
Inventors: 정춘길; 국윤상
Original assignee: 주식회사 한림포스텍
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-03-18
Also published as: KR20120133573A

Abstract

본 발명은, 각각의 일 부분들이 서로 중첩되도록 배치되는, 복수의 권선형 코일; 상기 복수의 권선형 코일 전체를 수용하는 사이즈를 갖는 오목부를 구비하고, 상기 오목부는 상기 복수의 코일을 지지하는 바닥과 상기 복수의 코일 전체의 두께에 대응하는 높이를 갖는 측벽에 의해 형성되며, 상기 측벽에는 상기 복수의 코일 각각의 양단에 대응하여 복수의 연장홈이 형성되는, 자성체의 코어; 및 상기 코어의 저면과 마주하도록 배치되고, 상기 복수의 코일 각각의 양단이 상기 복수의 연장홈을 통해 상기 코어 밖으로 연장하여 접속되는, 회로기판을 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법을 제공한다.

Description

무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법{CORE ASSEMBLY FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION, POWER SUPPLYING APPARATUS FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION HAVING THE SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING CORE ASSEMBLY FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION}

본 발명은 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신단말기, PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 휴대용 전자기기에는 재충전 가능한 2차 전지(Secondary Battery)가 배터리로서 장착된다. 배터리를 충전하기 위해서는, 가정용 상용 전원을 이용하여 휴대용 전자기기의 배터리에 전기 에너지를 제공하는 별도의 충전장치가 필요하다.

통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서, 두 접촉 단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다. 그러나, 이와 같이 접촉 단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉 단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉 상태가 쉽게 불량해지기도 한다. 또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다.

이러한 접촉식 충전방식의 대안으로서, 충전장치와 배터리 각각의 접촉 단자들이 서로 접촉되지 않는 방식으로 배터리가 충전되도록 전력 전달이 무선으로 이루어지는 무선 전력 통신 시스템이 제안되고 있다.

본 발명의 목적은, 코일에서 발생한 자속이 코어를 통해 누설되는 것을 최소화할 수 있는, 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리는, 각각의 일 부분들이 서로 중첩되도록 배치되는, 복수의 권선형 코일; 상기 복수의 권선형 코일 전체를 수용하는 사이즈를 갖는 오목부를 구비하고, 상기 오목부는 상기 복수의 코일을 지지하는 바닥과 상기 복수의 코일 전체의 두께에 대응하는 높이를 갖는 측벽에 의해 형성되며, 상기 측벽에는 상기 복수의 코일 각각의 양단에 대응하여 복수의 연장홈이 형성되는, 자성체의 코어; 및 상기 코어의 저면과 마주하도록 배치되고, 상기 복수의 코일 각각의 양단이 상기 복수의 연장홈을 통해 상기 코어 밖으로 연장하여 접속되는, 회로기판을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 오목부는, 제1 깊이를 가지는 제1 오목부; 및 상기 제1 오목부에 연통되도록 형성되며, 상기 제1 깊이보다 작은 제2 깊이를 가지는, 제2 오목부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 오목부는 폐곡선형의 윤곽선을 가지도록 형성되고, 상기 제1 오목부의 윤곽선은, 상기 오목부의 윤곽선의 일 부분에 내접하는 다른 폐곡선을 이루도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 오목부의 상기 제2 오목부와 만나는 부분은, 제1 윤곽벽; 및 상기 제1 윤곽벽에서 이어져서 연장되고, 상기 제1 윤곽벽보다 큰 반경을 가지도록 형성되는 제2 윤곽벽을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 윤곽선들은 각각 타원형을 이루도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 오목부는, 상기 복수의 중첩된 코일이 형성하는 외주가 상기 측벽의 내면과 접촉되게 하는 사이즈로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 코일 각각은 중공부를 갖는 타원형 코일일 수 있다.

여기서, 상기 복수의 코일은 서로 동일한 외형 사이즈를 가지는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일의 중공부는 상기 제2 코일의 중공부보다 크게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 오목부에서 돌출 형성되는 2개의 서포트가 더 구비되고, 상기 제1 코일의 중공부에 삽입되는 제1 서포트는 상기 제2 코일의 중공부에 삽입되는 제2 서포트보다 큰 단면적을 가지도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 서포트의 단면의 적어도 일 구간은, 상기 코일의 중공부의 내주면 중 일 구간과 접하도록 곡선형으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 연장홈은, 상기 제1 코일의 양단에 대응하는 한 쌍의 제1 연장홈; 및 상기 제2 코일의 양단에 대응하는 한 쌍의 제2 연장홈을 포함하고, 상기 회로기판에는, 상기 제1 연장홈 및 상기 제2 연장홈에 대응하는 위치에서 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일 각각의 양단이 삽입되는 네 개의 관통홀이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 회로기판은 한 쌍의 장변을 가지는 직사각형 형태이고, 상기 네 개의 관통홈은 상기 회로기판의 한 쌍의 장변 각각을 따라 한 쌍씩 배치될 수 있다.

여기서, 상기 코일 각각의 양단이 접속되도록, 상기 회로기판의 상기 코어를 마주하는 면의 반대면에 상기 양단의 개수에 대응하여 형성되는, 복수의 접속부가 더 구비될 수 있다.

여기서, 상기 오목부의 바닥에는 상기 코일의 권선 방향을 따라 상기 코일이 수용되는 그루브가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력통신용 전력공급장치는, 이상과 같이 구성되며 상기 회로기판에는 충전전력 공급회로가 형성되는 무선전력통신용 코어 어셈블리; 및 상기 코어 어셈블리를 감싸도록 형성되는 하우징을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법은, 자성체인 파우더에 바인더를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 금형에 넣고 프레싱하여, 일 면에 오목부가 형성되고 상기 오목부를 한정하는 측벽에는 복수의 연장홈이 형성되는 코어로 성형하는 단계; 상기 성형된 코어를 소결하는 단계; 상기 소결된 코어의 오목부에 권선된 복수의 코일의 일 부분들이 서로 중첩되며 상기 복수의 코일 전체의 두께가 상기 오목부를 한정하는 측벽의 높이에 대응하도록 하면서 상기 복수의 코일을 상기 소결된 코어의 오목부에 전체로서 수용되도록 배치하는 단계; 및 상기 코일 각각의 양단부를, 상기 복수의 연장홈을 통해 상기 코어 밖으로 인출하여, 회로기판에 접속시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 파우더는 망간-아연을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 성형된 코어를 소결하는 단계는, 소결 온도를 60 ℃ 내지 80 ℃로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법에 의하면, 코일에서 발생한 자속이 코어 중 코일의 양단부의 연장을 위한 구조를 통해 누설되는 것을 최소화할 수 있도록 한다. 이는, 무선전력통신용 코어 어셈블리[및 무선전력통신용 전력공급장치}의 무선전력통신 효율이 저하될 가능성을 낮출 수 있게 한다. 또한, 코일에서 발생한 자속이 누설되어 회로기판에 영향을 미칠 가능성을 낮추게 되므로, 회로기판에 형성된 제어 회로의 안정적 동작 가능성을 높여준다.

도 1은 본 발명과 관련된 무선 전력 통신 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 통신시스템의 내부 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리를 전면에서 바라본 조립 사시도이다.
도 4는 도 3의 무선전력통신용 어셈블리를 배면에서 바라본 조립 사시도이다.
도 5는 도 3의 무선전력통신용 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6은 도 3의 코어(120)의 일 변형예에 따른 코어(120')를 보인 사시도이다.
도 7은 도 6의 코어(120')에 코일(111)이 안착된 상태를 보인 부분 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리에 대한 제조 방법을 보인 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명과 관련된 무선 전력 통신 시스템의 개략적인 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 무선 전력 통신시스템은, 전력 공급 장치(100)와, 배터리를 충전시키 위해 전력 공급 장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받는 전력 수신 장치(200)를 포함한다.

전력 공급 장치(100)는 외부 전원으로부터 전기에너지를 공급받아 전력 수신 장치(200)에 공급할 충전 전력을 생성하는 장치이다. 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)가 쉽게 안착 될 수 있도록 패드 형태로 형성될 수 있다. 전력 공급 장치(100)에 공급되는 외부 전원으로서는 상용 교류 전원(60Hz, 220V/100V), 또는 직류 전원이 채용될 수 있다.

전력 수신 장치(200)는, 배터리가 내장된 배터리팩이나, 배터리를 내장하고 있는 휴대용 전자기기를 포함한다. 또한, 전력 수신 장치(200)는 배터리와 접속되는 휴대용 전자기기의 일 부분이거나, 휴대용 전자기기와 별도로 배터리와 접속되는 부재일 수 있다. 휴대용 전자기기로서는, 셀룰러폰, PDA, MP3 플레이어 등을 들 수 있다. 배터리는 재충전 가능한 전지 셀로서 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지 등을 포함할 수 있다.

전력 공급 장치(100)와 전력 수신 장치(200)는 서로 대응되는 1차 코일(110) 및 2차 코일(210)을 구비할 수 있다. 1, 2차 코일(110, 210)은 유도 결합에 의해 자기적으로 상호 커플링 된다. 따라서, 2차 코일(210)이 1차 코일(110) 위에 병렬됨(juxtaposed)에 따라, 1차 코일(110)에 의해 생성되는 자기장이 2차 코일(210) 내에 유도 전류를 유기하게 된다.

전력 공급 장치(100)는 1차 코일(110)을 구동하여 자기장을 생성하기 위한 충전전력 공급회로(150)(도 2 참조)를 내장한다. 전력 수신 장치(200)는 2차 코일(210)에 의해 유기되는 유도 기전력을 이용하여 배터리를 충전시키는 충전 회로(250, 도 2 참조)를 내장한다.

이하에서, 도 2를 참조하여, 충전전력 공급회로(150)와 충전 회로(250)의 상세 구성을 살펴보기로 한다. 도 2는 도 1의 무선 전력 통신시스템의 내부 기능 블록도이다.

본 도면을 참조하면, 전력 공급 장치(100) 내에 내장되는 충전전력 공급회로(150)는, 1차 코일(110), 정류기(152), 구동회로(153), 제어기(155), 무선수신모듈(156)을 포함할 수 있다.

정류기(152)는 상용 교류 전원(151)으로부터의 교류 전압을 직류로 정류한 후, 구동 회로(153)에 전달한다. 구동 회로(153)는 정류기(152)에 의해 정류된 직류 전압을 이용하여 상용 주파수 이상의 고주파 교류 전압 펄스를 생성하고, 이를 1차 코일(110)에 인가하여 자계(Magnetic Field)를 생성한다.

구동 회로(153)는 전력 구동부(154a)와 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 신호 발생기(154b)를 포함할 수 있다. 전력 구동부(154a)는, 소정 레벨의 직류 전압을 컨버팅하여 상용 주파수 이상의 고주파 교류 전압을 발진하는 고주파 발진회로와, 펄스폭 변조된 고주파 교류 전압 펄스를 1차 코일(110)에 인가하는 것에 의해 1차 코일(110)을 구동하는 드라이브 회로를 포함할 수 있다. 상기 PWM 신호 발생기(154b)는 상기 고주파 교류 전압을 펄스폭 변조(PWM : pulse width modulation)시킨다. 이에 의해, 전력 구동부(153)의 출력단을 통해 배출되는 출력 신호는 고주파 교류 전압 펄스가 된다. 이 고주파 교류 전압 펄스는 펄스 열(pulse train)이 되고, 이 펄스 열의 펄스폭은 제어기(155)에 의해 조절될 수 있다. 이상의 구동 회로(153)로는, 예를 들어 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS: switching mode power supply)가 채택될 수 있다.

제어기(155)는 무선 송,수신모듈(156, 256)을 경유하여 피드백되는 배터리의 충전상태정보에 근거하여 상기 펄스폭 변조되는 고주파 교류 전압 펄스의 펄스폭을 조절한다. 예를 들어, 제어기(155)는 충전 회로(250)로부터 피드백되는 응답신호가 충전시작신호인 경우, 1차 코일(110)의 구동 모드를 대기 모드에서 충전 모드로 전환한다. 또한, 충전 회로(250)로부터 피드백 되는 충전상태정보를 분석한 결과, 배터리가 만충전인 것으로 판단되면, 1차 코일(110)의 구동 모드를 충전 모드에서 완충 모드로 전환한다. 제어기(155)는 충전 회로(250)로부터 피드백되는 응답 신호가 없는 경우, 1차 코일(110)의 구동 모드를 대기 모드로 유지한다.

무선수신모듈(156)은 코일(110)이 충전 회로(250)의 무선송신모듈(256)로부터 전송되는 피드백 응답 신호를 수신함에 따라, 이 피드백 응답 신호를 복조하여 배터리(262)의 충전상태정보를 복원하는 복조기와 같은 수신부(156)를 포함한다. 무선수신 모듈(156)은 코일(110)과 별도로 충전 회로(250)의 무선송신모듈(256)로부터 전송되는 피드백 응답 신호를 수신하는 안테나를 포함할 수도 있다.

이상의 충전전력 공급회로(150)는 회로를 과전압으로부터 보호하기 위한 과전압 필터회로나 정류기에 의해 정류된 직류 전압을 소정 레벨의 전압으로 유지시키기 위한 정전압 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 과전압 필터회로는 상용 교류 전원(151)과 정류기(152) 사이에 배치되고, 상기 정전압 회로는 정류기(152)와 구동 회로(153) 사이에 배치될 수 있다.

다음으로, 충전전력 공급회로(150)로부터 전력을 공급받아 배터리(262)를 충전하는 충전 회로(250)에 대해서 살펴본다. 이 충전 회로(250)는 전력 수신 장치(200)에 내장된다.

충전 회로(250)는, 2차 코일(210), 정류기(251), 정전압/정전류 회로(252), 폴링 검출기(253), 제어기(255), 무선송신모듈(256)을 포함할 수 있다.

2차 코일(210)은 1차 코일(110)에 자기적으로 결합되어 유도 기전력을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 1차 코일(110)에 인가되는 전력 신호가 펄스 폭 변조신호이기 때문에 2차 코일(210)에 유기되는 유기 기전력 역시 교류 전압 펄스열이다. 또한, 1차 코일(110)의 구동 모드에 따라 2차 코일(210)에 유기되는 교류 전압 펄스 역시 대기 모드, 충전 모드 및 완충 모드 중 어느 하나의 형태를 따르게 된다.

정류기(251)는 2차 코일(210)의 출력단에 연결되어 2차 코일(210)에 의해 유도된 교류 전압 펄스를 일정한 레벨의 직류로 평탄화한다. 정전압/정전류 회로(252)는 소정 레벨의 직류 전압을 이용하여 배터리(262)에 충전할 정전압과 정전류를 생성한다. 구체적으로, 배터리(262)의 초기 충전시점에서 정전류 모드를 유지하다가 배터리(262)의 충전전압이 포화상태가 되면, 정전압 모드로 전환한다.

폴링 검출기(253)는 2차 코일(210)에 의해 유도된 교류 전압 펄스의 하강 시점, 다시 말해서 폴링 시점(falling time)을 검출하는 장치이다. 폴링 검출 신호는 제어기(255)로 입력된다.

제어기(255)는 일종의 마이크로 프로세서로서 폴링 검출 신호, 충전 전류, 충전 전압 등과 같은 모니터링 신호를 입력받고, 이 모니터링 신호에 근거하여 정전압/정전류 회로(252)와 무선송신모듈(256)을 제어한다. 예를 들어, 제어기(255)는, 폴링 검출기(253)로부터 입력되는 폴링 검출 신호에 근거하여 펄스의 하강 시점을 파악하고, 충전전력 공급회로(150)에 전송할 피드백 응답 신호의 전송 시점을 펄스의 하강 시점에 동기화시킨다. 제어기(255)는 배터리(262)의 충전 전류와 충전 전압을 모니터링하고, 이 모니터링 값을 내부 메모리(미도시)에 임시 저장한다. 미도시된 상기 메모리는 모니터링된 충전 전류와 충전 전압과 같은 배터리(262) 충전상태 정보뿐만 아니라 배터리(262) 사양정보(제품 코드, 정격 등)도 함께 저장할 수 있다.

또한, 제어기(255)는 배터리(262)의 충전 상태에 따라 정전압 모드와 정전류 모드를 적절히 선택, 전환한다. 제어기(255)는, 정전압/정전류 회로(252)의 양단에 과도한 전압이 인가되는지 모니터링하며, 과도한 전압이 인가되면 충전전력의 조정요구 신호를 생성한다. 이 조정요구 신호는 무선송신모듈(256)을 거쳐 전력 공급 장치(100) 측의 충전전력 공급회로(150)로 피드백된다.

정전압/정전류 회로(252)의 양단 전압에 대한 모니터링 동작은, 정전압/정전류 회로(252)의 전단 전압과 후단 전압을 측정하여 그 차이가 기준 값을 초과하는지 여부를 검사하는 것에 의해 이루어진다. 무선송신모듈(256)은, 코일(210)이 충전전력 공급회로(150)에 전송할 피드백 응답 신호(충전시작신호, 충전상태신호, 조정요구 신호)를 송신하면, 충전상태정보와 같은 베이스밴드 신호를 변조하여 피드백 응답 신호를 생성하는 송신부(256)를 포함한다. 무선수신 모듈(256)은 코일(210)과 별도로 충전전력 공급회로(150)에 전송할 피드백 응답 신호를 송신하 안테나를 포함할 수도 있다.

정전압/정전류 회로(252)와 배터리(262) 사이에는 배터리(262)에 과전압이나 과전류의 인가를 방지하기 위한 보호 회로(PCM, Protective Circuit Module)(261)가 배치된다. 이 보호 회로(261)와 배터리(262)는 하나의 배터리 유닛(260)을 구성할 수 있다.

이하에서는, 전력 공급 장치(100)에 대하여 보다 상세하게 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리를 전면에서 바라본 조립 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치(100)는, 본 도면 등을 참조하여 설명할 코어 어셈블리와, 상기 코어 어셈블리를 감싸서 외관을 형성하는 하우징(도 1 참조)을 포함한다.

여기서, 상기 코어 어셈블리는, 복수의 코일(110)과, 판상형의 코어(12O)와, 회로기판(130)을 포함할 수 있다.

코일(110)은 2개의 자유단을 가지며, 권선된 형태로 형성된다. 코일(110)은 또한, 복수 개로 구비된다. 복수의 코일 중에 인접한 코일(110)은 서로 간에 일 부분들이 중첩되도록 배치된다. 본 실시예에서는 2 개의 코일(110)이 일부 중첩되게 배치된 형태를 예시하고 있다.

코어(12O)는 판상형으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 코어(12O)는 대체로 직육면체를 이루는 것으로 예시되어 있다. 구체적으로는, 직육면체 형상의 네 코너가 라운드 처리된 형상을 이룬다. 코어(12O)의 넓은 면, 다시 말해서 주면(柱面) 중 전면(121)에는 코일(110)을 수용하기 위한 오목한 부분(122,123)가 형성된다. 오목한 부분(122,123)는 그를 감싸도록 돌출 형성되는 측벽(126)에 의해 한정된다. 측벽(126)에는 오목한 부분(122,123)을 외부와 연통시키는 복수의 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)이 형성된다. 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)을 통해서는 코일(110)의 양단부가 각각 외부로 연장하게 된다. 코어(12O)는 자성체로 형성되어, 오목한 부분(122,123)에 수용된 코일(110)에 흐르는 전류에 의한 자계가 전력 수신 장치(200, 도 1)를 향한 방향에서 벗어날 가능성을 줄여 준다.

회로기판(130)은 코어(12O)의 배면[전면(121)에 반대되는 면]과 마주하도록 코어(12O)의 하측에 위치하게 된다. 회로기판(130)의 일 부분은 코어(12O)를 밑에서 지지하게 된다. 회로기판(130)의 다른 부분에는 코일(110)에 대한 전원의 인가를 제어하는 회로가 내장된다. 상기 제어 회로는, 앞서 설명한 충전전력 제어회로(150, 도 2)를 포함한다.

도 4는 도 3의 무선전력통신용 어셈블리를 배면에서 바라본 조립 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 코일(110) 각각의 양단은 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)을 통해 코어(12O, 이상 도 3 참조)의 외부로 나와, 회로기판(130)을 관통하여 연장하게 된다. 구체적으로, 코일(110)의 양단은 회로기판(130)에 형성되는 관통홀(134,135)을 관통한다. 여기서, 코일(110)의 양단은 관통홀(134,135)에 인접하게, 본 도면상으로는 관통홀(134,135)을 감싸도록 형성되는, 접속부(138)들에 각각 접속된다. 이상에서, 관통홀(134,135)은 회로기판(130)의 상면(131)에서 하면(132)으로 관통 형성되며, 접속부(138)는 하면(132)에 형성된다.

회로기판(130)의 하면(132)에는 복수의 도전 패턴(139)이 형성된다. 도전 패턴(139)은 회로기판(130)의 일 부분(130b)에서 다른 부분(130a)을 향해 연장하도록 형성된다. 하나의 접속부(138)는 하나의 도전 패턴(139)에 연결된다. 그에 의해, 다른 부분(130a)에 형성되는 충전전력 제어회로(150, 도 2)는 코일(110)과 전기적으로 연결되어 코일(110)을 제어하게 된다.

회로기판(130)은 대체로 직사각형 형태로 형성되어, 한 쌍의 장변(132a,132b)를 가진다. 이때, 한 쌍의 관통홀(134)은 회로기판(130)의 중심선을 기준으로 하부 영역에 놓인다. 다른 한 쌍의 관통홀(135)은 위 중심선을 기준으로 상부 영역에 놓이게 된다. 다시 말해서, 한 쌍의 관통홀(135)은 하나의 장변(132a)을 따라 배치되고, 다른 한 쌍의 관통홀(134)은 다른 장변(132b)을 따라 배치된다. 그에 의해, 접속부(138)와 연결되는 도전 패턴(139)들도 서로 다른 영역에서 구분되어 형성될 수 있다.

도 5는 도 3의 어셈블리의 분해 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 코일(110)은 한 쌍의 코일들, 다시 말해서 제1 코일(111)과 제2 코일(112)로 구성될 수 있다.

제1 코일(111)과 제2 코일(112)의 형태는, 타원형으로 형성될 수 있다. 이는 제1 코일(111)과 제2 코일(112)이 중첩되는 면적을 최대화하면서도, 중첩된 제1 코일(111)과 제2 코일(112)이 차지하는 길이 방향 사이즈 역시 최대화하기 위함이다.

제1 코일(111)과 제2 코일(112)은 대체로 동일한 외형 사이즈를 가지도록 권선될 수 있다. 제1 코일(111)과 제2 코일(112)은 각각 하나의 평면을 이루도록 권선 된다. 제1 코일(111)과 제2 코일(112)이 이루는 평면들은 서로 평행하게 배치될 수 있다(도 3 참조).

제1 코일(111)과 제2 코일(112)에는 각각 중심 부분에 중공부(111',112')가 형성될 수 있다. 중공부(111',112')의 면적은 코일(111,112)의 권선 정도에 의해 조절될 수 있다.

본 실시예에서는 제1 코일(111)의 중공부(111')가 제2 코일(112)의 중공부(112')보다 큰 경우를 보이고 있다. 제1 코일(111)의 중공부(111')가 더 크다는 것은, 제1 코일(111)의 권선수가 제2 코일(112)의 권선수보다 작다는 것을 의미한다. 이는, 제1 코일(111)의 인덕턴스에 영향을 주어서, 결과적으로 각각 다른 높이에 위치하는 제1 코일(111)과 제2 코일(112)의 공진 주파수[공진주파수는 인덕턴스의 제곱근에 반비례하도록 인덕턴스와 연관됨]들을 서로 동일하게 하기 위함이다. 양 코일(111,112)의 공진 주파수를 동일하게 함에 의해서는, 코일들(111,112)에 대한 제어가 보다 용이 해지는 이점이 있다.

코어(12O)는, 앞서 설명한 바대로, 대체로 직육면체의 형태를 가진다. 코어(12O)의 전면(121)에는 코일(110)을 수용하는 오목부(122,123)가 형성된다. 오목부(122,123)는 제1 깊이로 리세스되는(recessed) 제1 오목부(122)와, 제2 깊이로 리세스되는 제2 오목부(123)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 코일(111)은 제1 오목부(122)에 수용되고, 제2 코일(112)은 제2 오목부(123)에 수용된다. 이때, 제1 코일(111)이 제2 코일(112)보다 하측에 위치하므로, 상기 제1 깊이는 상기 제2 깊이보다 깊게 된다.

다시 본 도면을 참조하면, 오목부(122,123)는 폐곡선형, 구체적으로는 타원형의 윤곽선을 가지도록 리세스되어 형성된다. 오목부(122,123) 전체가 큰 타원형의 윤곽을 형성한다면, 제1 오목부(122)는 큰 타원 내에 내접되는 작은 타원과 같은 윤곽을 형성하게 된다. 그에 의해, 제1 오목부(122)는 전체로서 온전한 타원 형태를 이룬다면, 제2 오목부(123)는 대체로 초승달과 같은 형태를 가지게 된다.

제1 오목부(122)와 제2 오목부(123)이 만나는 부분에는 윤곽벽(122' 및 122")이 형성된다. 윤곽벽(122' 및 122")은 대체로 원호 형상을 이루지만, 제1 윤곽벽(122')에 비하여 제2 윤곽벽(122")은 더 큰 반경을 가지도록 형성된다. 이때, 제1 윤곽벽(122')와 제2 윤곽벽(122")의 반경 차이에 대응하는 영역(129')에는 제2 코일(112)의 하나의 단부(122b)가 배치된다. 이는, 상기 단부(122b)가 제2 코일(112)의 권선된 부분의 위가 아닌 아래로 지나가게 하여, 상기 단부(122b)에 의해 코어 어셈블리의 전체 두께가 증가되지 않게 한다. 여기서, 위 영역(129')은 제1 오목부(122)와 동일한 깊이로써 리세스되어 형성될 수도 있다.

오목부(122,123)의 사이즈는, 서로 일부가 중첩된 제1 코일(111)과 제2 코일(112)이 전체적으로 형성되는 조립체의 외주가 다소 타이트하게(tightly) 수용될 정도가 될 수 있다. 이에 의해, 제1 코일(111)과 제2 코일(112)은 오목부(122,123)에 수용되는 것만으로도, 전력 공급 장치(100) 내에서 설정된 위치에 유지될 수 있다. 오목부(122,123)는, 그 형태상으로, 측벽(126)과 바닥(129)을 가지게 된다.

측벽(126)은 오목부(122,123)가 리세스된 깊이에 대응하는 높이를 가지게 된다. 측벽(126)은 코일(110)의 두께에 대응하는 사이즈를 가져서, 코일(110)에서 발생된 자계가 측벽(126)을 향하는 방향으로 누설되는 것을 차단 또는 완화하도록 형성될 수 있다. 측벽(126)의 내면은, 앞서 설명한 바와 같이, 타이트하게 수용되는 코일(110)의 외주와 접촉하여, 코일(110)이 일정한 위치에 안착되게 하기도 한다. 또한, 측벽(126)에는 오목한 부분(122,123)와 외부를 연통시키는 복수의 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)이 형성된다. 한 쌍의 연장홈(124a,124b)은 제1 코일(111)의 양 단부(111a,11b)에 대응하는 위치에 형성되고, 다른 한 쌍의 연장홈(125a,125b)은 제2 코일(112)의 양 단부(112a,112b)에 대응하는 위치에 형성된다.

오목부(122,123)의 바닥(129)에서는 서포트(127,128)가 돌출 형성될 수 있다. 서포트(127,128)는 각각 제1 코일(111)의 중공부(111')에 삽입되거나 제2 코일(112)의 중공부(112')에 삽입될 수 있는 위치에 형성된다. 그에 의해, 서포트(127,128)는 제1 코일(111)이나 제2 코일(112)가 설정된 위치에서 이탈되지 않아서, 그들 간의 배치 관계가 설정된 대로 유지될 수 있게 한다.

서포트(127,128)의 형상은 코일(110)의 중공부(111',112')의 내주면의 형상에 대응하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 서포트(127,128)의 외주는 곡선형인 중공부(111',112')의 내주면에 대응하여, 곡선인 구간을 가진다. 서포트(127,128)의 곡선 구간의 반대 측은 코일(110)의 외주와의 간섭을 피하기 위한 공간 확보를 위해 직선 구간으로 처리될 수 있다. 이에 의해, 서포트(127,128)는 전체적으로 반원형의 단면을 가진 채로 연장하는 돌기가 될 수 있다. 이때, 제1 중공부(111')에 삽입되는 제1 서포트(127)의 단면적은 제2 중공부(112')에 삽입되는 제2 서포트(128)의 단면적보다 크게 될 것이다.

회로기판(130)의 상면(131)은 코어(12O)의 배면[전면(121)의 반대 면]과 마주하도록 배치된다. 회로기판(130)의 장변(132a,132b, 도 4 참조)을 따라서는 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)에 대응하는 관통홀(134,135)이 형성된다.

이러한 구성에 의하면, 제1 코일(111)은 그의 중공부(111')가 제1 서포트(127)에 끼워진 채로 제1 오목부(122)에 놓여 진다. 이와 유사하게, 제2 코일(12)는 그의 중공부(112')가 제2 서포트(128)에 끼워진 채로 제2 오목부(123)에 놓여 진다. 그에 의해, 제1 코일(111)과 제2 코일(112)은 서로가 부분적으로 중첩된 상태를 이루게 된다.

제1 코일(111)의 양 단부(111a,111b)는 각각 연장홈(124a, 124b)을 통해서 코어(12O) 밖으로 연장하여 관통홀(134)로 삽입되어, 관통홀(134)을 감싸는 접속부(138)에 접속된다. 이때, 제1 코일(111)의 일 단부(111a)는 제1 코일(111)의 나머지 권선된 부분 위로 연장하나, 제1 오목부(122)의 깊이가 제1 오목부(123)보다 깊은 관계로 코어 어셈블리의 전체 두께를 증가시키지 않는다. 다른 단부(111b)는 코일의 권선된 부분의 가장자리에서 수평적으로 연장홈(124b)로 연장한다.

제2 코일(112)의 양 단부(112a,112b)는 각각 연장홈(125a, 125b)을 통해서 코어(12O) 밖으로 연장하여 관통홀(135)에 삽입되어, 관통홀(135)를 감싸는 접속부(138)에 접속된다. 이때, 제2 코일(112)의 일 단부(112a)는 코일의 권선된 부분의 가장자리에서 수평적으로 연장홈(125a)로 연장한다. 또한, 다른 단부(112b)는 코일의 권선된 부분과 중첩되어 연장하나, 제1 오목부(122)와 같은 깊이를 가지도록 리세스된 영역(129')을 통해 연장하여 연장홈(125b)를 통해 밖으로 빠져나가므로, 코어 어셈블리의 전체 두께를 증가시키지는 않는다.

이상과 같이, 코일(110)이 오목한 부분(122,123)에 놓여 지고, 그들의 단부들(111a, 111b, 112a, 112b)도 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)을 통해서 측벽(126) 방향으로 연장되므로, 코일(110)에서 발생한 자속의 누설을 최소화할 수 있게 된다.

도 6은 도 3의 코어(120)의 일 변형예에 따른 코어(120')를 보인 사시도이고, 도 7은 도 6의 코어(120')에 코일(111)이 안착된 상태를 보인 부분 개념도이다.

도 6을 참조하면, 상기 코어(12O')에 있어서, 코일(111,112, 도 3 참조)의 권선 방향을 따라서는, 오목부(122,123)에 그루브(Groove, 120a)가 형성될 수 있다. 본 도면에서는 제1 오목부(122) 뿐만 아니라 제2 오목부(123)에도 그루브(120a)가 형성된 것을 예시하고 있다. 그러나, 반드시 모든 오목부(122,123)에 그루브(120a)가 형성되지 않을 수도 있다.

도 7을 참조하면, 그루브(120a)에는 코일(111,112)이 안착될 수 있다. 그에 의해, 그루브(120a)는, 서포트(127,128, 도 5)와 더불어, 코일(111,112)의 정 위치 유지를 도울 수 있다.

또한, 코일(111,112)이 그루브(120a)에 안착 됨에 의해, 코일(111,112)의 동손(Copper loss)를 줄일 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법을 보인 순서도이다.

본 도면을 참조하면, 앞서 설명한 무선전력통신용 코어 어셈블리제조 방법은, 코어(12O,120')의 제작을 필요로 할 수 있다. 코어(12O,120')의 제작을 위해서는, 파우더와 바인더를 섞어서 혼합물을 형성한다(S1). 이때, 파우더는 코어(12O,120')가 자성을 띠도록 할 수 있는 물질을 포함한다. 이를 위하여, 본 실시예에서, 파우더는 망간-아연 성분을 포함할 수 있다.

상기 혼합물은 코어(12O,120')의 형태를 가지도록 성형되어야 한다(S2). 이를 위하여, 상기 혼합물을 금형에 넣고서 프레싱하여 코어(12O,120')의 형태로 형성할 수 있다. 이러한 프레싱에 의해, 코어(12O,120')는 오목부(122,123)와, 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)을 가지는 측벽(126)과, 서포트(127,128)를 가지도록 성형될 것이다.

성형된 코어(12O,120')는 소결 과정을 거치게 된다(S3). 소결 과정에서는 망간-아연 파우더에 대하여 저온, 예를 들어 60 ℃ 내지 80 ℃의 온도를 유지하게 될 수 있다.

소결된 코어(12O,120')의 오목부(122,123)에는 코일(110)을 배치한다(S4).

코일(110)의 양단은 코어(12O,120')의 연장홈(124a, 124b, 125a, 125b)과 회로기판(130)의 관통홀(134,135)을 거쳐서 회로기판(130)의 저면의 접속부(138)와 접속된다(S5).

상기와 같은 무선전력통신용 코어 어셈블리와 그를 구비하는 무선전력통신용 전력공급장치, 그리고 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100: 전력 공급 장치 110: 1차 코일
111: 제1 코일 112: 제2 코일
120, 120': 코어 122: 제1 오목부
123: 제2 오목부 124a, 124b, 125a, 125b: 연장홈
127,128: 서포트 130: 회로기판
134,135: 관통홀

Claims

각각의 일 부분들이 서로 중첩되도록 배치되는, 복수의 권선형 코일;
상기 복수의 권선형 코일 전체를 수용하는 사이즈를 갖는 오목부를 구비하고, 상기 오목부는 상기 복수의 코일을 지지하는 바닥과 상기 복수의 코일 전체의 두께에 대응하는 높이를 갖는 측벽에 의해 형성되며, 상기 측벽에는 상기 복수의 코일 각각의 양단에 대응하여 복수의 연장홈이 형성되는, 자성체의 코어; 및
상기 코어의 저면과 마주하도록 배치되고, 상기 복수의 코일 각각의 양단이 상기 복수의 연장홈을 통해 상기 코어 밖으로 연장하여 접속되는, 회로기판을 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 오목부는,
제1 깊이를 가지는 제1 오목부; 및
상기 제1 오목부에 연통되도록 형성되며, 상기 제1 깊이보다 작은 제2 깊이를 가지는, 제2 오목부를 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제2항에 있어서,
상기 오목부는 폐곡선형의 윤곽선을 가지도록 형성되고,
상기 제1 오목부의 윤곽선은, 상기 오목부의 윤곽선의 일 부분에 내접하는 다른 폐곡선을 이루도록 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 제1 오목부의 상기 제2 오목부와 만나는 부분은,
제1 윤곽벽; 및
상기 제1 윤곽벽에서 이어져서 연장되고, 상기 제1 윤곽벽보다 큰 반경을 가지도록 형성되는 제2 윤곽벽을 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 윤곽선들은 각각 타원형을 이루도록 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 오목부는, 상기 복수의 중첩된 코일이 형성하는 외주가 상기 측벽의 내면과 접촉되게 하는 사이즈로 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 복수의 코일 각각은 중공부를 갖는 타원형 코일인, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제7항에 있어서,
상기 복수의 코일은 서로 동일한 외형 사이즈를 가지는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하고,
상기 제1 코일의 중공부는 상기 제2 코일의 중공부보다 크게 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 오목부에서 돌출 형성되는 2개의 서포트를 포함하고,
상기 제1 코일의 중공부에 삽입되는 제1 서포트는 상기 제2 코일의 중공부에 삽입되는 제2 서포트보다 큰 단면적을 가지도록 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제9항에 있어서,
상기 서포트의 단면의 적어도 일 구간은, 상기 코일의 중공부의 내주면 중 일 구간과 접하도록 곡선형으로 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 복수의 연장홈은,
상기 제1 코일의 양단에 대응하는 한 쌍의 제1 연장홈; 및
상기 제2 코일의 양단에 대응하는 한 쌍의 제2 연장홈을 포함하고,
상기 회로기판에는, 상기 제1 연장홈 및 상기 제2 연장홈에 대응하는 위치에서 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일 각각의 양단이 삽입되는 네 개의 관통홀이 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제11항에 있어서,
상기 회로기판은 한 쌍의 장변을 가지는 직사각형 형태이고,
상기 네 개의 관통홈은 상기 회로기판의 한 쌍의 장변 각각을 따라 한 쌍씩 배치되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제11항에 있어서,
상기 코일 각각의 양단이 접속되도록, 상기 회로기판의 상기 코어를 마주하는 면의 반대 면에 상기 양단의 개수에 대응하여 형성되는, 복수의 접속부를 더 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 오목부의 바닥에는 상기 코일의 권선 방향을 따라 상기 코일이 수용되는 그루브가 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따르며, 상기 회로기판에는 충전전력 공급회로가 형성되는, 무선전력통신용 코어 어셈블리; 및
상기 코어 어셈블리를 감싸도록 형성되는 하우징을 포함하는, 무선전력통신용 전력공급장치.
자성체인 파우더에 바인더를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 금형에 넣고 프레싱하여, 일 면에 오목부가 형성되고 상기 오목부를 한정하는 측벽에는 복수의 연장홈이 형성되는 코어로 성형하는 단계;
상기 성형된 코어를 소결하는 단계;
상기 소결된 코어의 오목부에 권선된 복수의 코일의 일 부분들이 서로 중첩되며 상기 복수의 코일 전체의 두께가 상기 오목부를 한정하는 측벽의 높이에 대응하도록 하면서 상기 복수의 코일을 상기 소결된 코어의 오목부에 전체로서 수용되도록 배치하는 단계; 및
상기 코일 각각의 양단부를, 상기 복수의 연장홈을 통해 상기 코어 밖으로 인출하여, 회로기판에 접속시키는 단계를 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법.
제16항에 있어서
상기 파우더는 망간-아연을 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 성형된 코어를 소결하는 단계는,
소결 온도를 60 ℃ 내지 80 ℃로 유지하는 단계를 포함하는, 무선전력통신용 코어 어셈블리 제조 방법.