KR101394507B1 - 연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법 - Google Patents

연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법 Download PDF

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김소연
최돈철
현순영
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지는 연자성층, 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 그리고 상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부를 포함하며, 상기 연자성층은 홀(hole)을 포함한다.

Description

연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법{SOFT MAGNETISM SHEET, WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS AND WIRELESS CHARGING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 전력 수신 장치에 포함되는 안테나용 연자성 시트의 구조에 관한 것이다.
무선 통신 기술의 발달에 따라, 전자기기에게 전력을 무선으로 공급하는 무선 전력 송수신 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 무선 전력 송수신 기술은 휴대 단말의 배터리 충전뿐만 아니라, 가정용 전자제품에 대한 전력 공급, 전기자동차나 지하철에 대한 전력 공급 등에도 다양하게 적용될 수 있다.
일반적인 무선 전력 송수신 기술은 자기 유도 또는 자기 공진의 원리를 이용한다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치의 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하면, 송신 안테나는 전기 에너지를 전자기 에너지로 변환하여 주변으로 방사할 수 있다. 그리고, 무선 전력 수신 장치의 수신 안테나는 송신 안테나로부터 방사된 전자기 에너지를 수신하고, 이를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
이때, 전력 송수신 효율을 높이기 위하여, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 에너지 손실을 최소화할 필요가 있다. 이를 위하여, 송신 안테나와 수신 안테나를 유효 거리 이내에서 상호 정렬시킬 필요가 있다. 또한, 송신 안테나와 수신 안테나 주변에 연자성 소재를 배치하여, 송신 안테나가 방사하는 전자기 에너지를 수신 안테나의 방향으로 집속시킬 필요가 있다.
이러한 수신 안테나용 연자성 소재는 주파수 범위 및 원리(예, 자기 유도, 자기 공진)에 따라 달라질 수 있다.
일반적으로, 수신 안테나용 연자성 소재로 연자성 성질을 띄는 금속 재료(예, Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr 및 Fe-Si-B 중 적어도 하나, 레진(resin), 첨가제를 포함하는 복합체(composite)) 또는 페라이트 소재가 사용된다.
한편, 송신 안테나와 수신 안테나를 상호 정렬시키기 위하여, 무선 전력 송신 장치는 영구 자석을 포함할 수도 있다. 무선 전력 수신 장치(예, 스마트폰)를 무선으로 충전하기 위하여 무선 전력 송신 장치(예, 송신 패드)에 올려 놓는 경우, 무선 전력 송신 장치에 포함된 영구 자석의 힘으로 무선 전력 수신 장치를 이동시킬 수 있어, 송신 안테나와 수신 안테나가 최적의 위치로 교정될 수 있다.
그러나, 이러한 영구 자석은 두께가 상대적으로 두꺼운 송신 안테나용 연자성 소재에는 큰 영향을 미치지 않지만, 수신 안테나용 연자성 소재의 투자율을 저하시킬 수 있다. 두께가 얇은 연자성 소재는 평면 방향으로 높은 투자율을 가지므로, 영구 자석으로부터 나온 자기장에 의하여 수신 안테나용 연자성 소재의 자화값이 포화될 수 있기 때문이다. 그 결과, 송신 안테나로부터 나온 전자기 에너지가 누설되어, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 전송 효율이 낮아지게 된다.
이에 따라, 금속 재료를 이용하여 포화 자화가 높은 연자성 소재를 얻는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 연자성 소재를 이용하더라도, 영구 자석이 포함되지 않은 무선 전력 송신 장치를 사용하는 경우에 비하여 낮은 전력 수신 효율을 보이게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 전력 수신 장치의 무선 전력 수신 효율을 개선하기 위한 수신 안테나용 연자성 시트의 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지는 연자성층, 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 그리고 상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부를 포함하며, 상기 연자성층은 홀(hole)을 포함한다.
상기 수신 안테나는 상기 연자성층 상에서 상기 연자성층과 평행한 방향으로 감겨진 코일 면으로 이루어지며, 상기 홀은 상기 코일 면의 내부에 형성될 수 있다.
상기 홀은 상기 무선 전력 송신 장치에 포함되는 영구 자석에 대향되는 위치에 형성되며, 상기 홀의 지름은 상기 영구 자석의 지름의 0.5 내지 1.5 배일 수 있다.
상기 홀의 주변에는 적어도 하나의 차단선이 형성될 수 있다.
상기 연자성층 상에 적층되며, 상기 수신 안테나를 둘러싸는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)용 안테나를 더 포함할 수 있다.
상기 홀은 링(ring) 형상일 수 있다.
상기 홀 주변에는 상기 링 형상의 내경보다 작은 지름을 가지는 적어도 하나의 차단선 및 상기 링 형상의 외경보다 큰 지름을 가지는 적어도 하나의 차단선이 형성될 수 있다.
상기 차단선은 펀치 또는 커팅 공정에 의하여 형성된 절단 라인일 수 있다.
상기 차단선은 노치(notch)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법은 무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 상기 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트에 형성된 홀을 통하여 통과시키는 단계, 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일로부터 방사된 전자기 에너지를 수집하는 단계, 수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계, 그리고 변환한 전기 에너지를 이용하여 충전하는 단계를 포함한다.
상기 홀은 링 형상일 수 있다.
상기 홀 주변에 차단선이 형성되며, 상기 차단선은 상기 연자성 시트의 평면 방향으로 전달되는 자기장을 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트는 연자성 소재로 이루어지며, 홀(hole)을 포함하는 연자성층, 그리고 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치에서 수신 안테나의 전자기 에너지 집속 성능을 높일 수 있어, 무선 전력 송수신 효율을 최대화할 수 있다. 또한, 얇은 두께에서도 요구되는 수준의 전자기 에너지 집속 효과를 얻을 수 있어, 슬림화 추세의 다양한 전자기기(예, TV, 휴대 단말, 노트북, 테블릿 PC 등) 기술에 적용이 가능하다.
그리고, 전자기 에너지 집속 성능이 우수하고, 재료의 가격이 저렴하므로, 전기자동차, 지하철, 전철 등의 대형 응용 분야에도 적용이 가능하다.
또한, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하더라도, 영구 자석의 영향을 흡수하여, 높은 전력 전송 효율을 얻을 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하지 않는 경우에도 호환이 가능하다.
또한, 연자성 시트를 제작하기 위한 공정이 간단하며, 연자성 시트의 무게를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 일반적인 연자성층의 상면도이고, 도 5는 도 4의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층의 상면도이고, 도 7은 도 6의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연자성층의 상면도이고, 도 9는 도 8의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 10 및 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연자성층의 상면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다. 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하고, 송신 안테나는 전기 에너지를 전자기 에너지로 변환하여 주변으로 방사한다. 무선 전력 수신 장치(200)는 송신 안테나로부터 방사된 전자기 에너지를 수신 안테나를 이용하여 수신하고, 이를 전기 에너지로 변환하여 충전한다.
여기서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들면 송신 패드(pad)이다. 그리고, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등의 일부 구성일 수 있다. 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등은 무선 전력 수신 장치(200)만을 포함하거나, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 모두 포함하도록 설정될 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 기능과 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 기능을 동시에 가지는 모듈을 포함하도록 구성될 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치(200)는 NFC 모듈을 포함하는 외부 장치(300)와 근거리 무선 통신을 수행할 수도 있다.
도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 회로(미도시), 연자성 코어(110), 송신 안테나(120) 및 영구 자석(130)을 포함한다.
연자성 코어(110)는 수 mm 두께의 연자성 소재로 이루어질 수 있다. 그리고, 송신 안테나(120)는 송신 코일로 이루어지며, 영구 자석(130)은 송신 안테나(120)에 의하여 둘러싸일 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 수신 회로(미도시), 연자성층(210) 및 수신 안테나(220)를 포함한다. 연자성층(210)은 기판(미도시) 상에 적층될 수 있다. 기판은 여러 겹의 고정 시트로 이루어질 수 있고, 연자성층(210)과 접합하여, 연자성층(210)을 고정시킬 수 있다.
연자성층(210)은 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나(120)로부터 방사되는 전자기 에너지를 집속한다.
연자성층(210)은 금속 재료 또는 페라이트(ferrite) 소재로 이루어질 수 있으며, 연자성층(210)은 소결체(pellet), 플레이트(plate), 리본, 호일(foil), 필름(film) 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 단일 금속 또는 합금 분말 플레이크 및 고분자 수지를 포함하는 컴포지트 형태일 수 있다. 또는, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금 리본 또는 적층 리본일 수 있다. 또는 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 호일 또는 필름일 수 있다.
연자성층(210) 상에는 수신 안테나(220)가 적층된다. 수신 안테나(220)는 연자성층(210) 상에서 연자성층(210)과 평행한 방향으로 감겨진 코일 면으로 이루어진다. 스마트폰에 적용되는 수신 안테나를 예로 들면, 외경 50mm 이내, 내경 20mm 이상의 나선형 코일(spiral coil)의 형태일 수 있다. 도시되지 않았으나, 연자성층(210)과 수신 안테나(220) 사이에는 방열층이 더 포함될 수 있다. 본 명세서에서, 연자성층(210)과 수신 안테나(220)를 연자성 시트라고 지칭할 수 있다. 연자성 시트는 연성(flexible) 구조뿐만 아니라, 소결체, 플레이트 등의 강성 구조도 의미할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)가 WPC 기능과 NFC 기능을 동시에 가지는 경우, 연자성층(210) 상에는 NFC 코일(230)이 더 적층될 수 있다. NFC 코일(230)은 수신 안테나(220)의 바깥을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
그리고, 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230) 각각은 단자(240)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 수학식 1은 자기 유도 결합 계수를 나타낸다.
Figure 112013025023998-pat00001
여기서, k는 자기 유도 결합 계수(inductive coupling coefficient)이고, LRx는 수신 안테나의 자체 인덕턴스(self-inductance)이며, LTx는 송신 안테나의 자체 인덕턴스이고, M은 송신 안테나와 수신 안테나 간의 상호 인덕턴스(mutual inductance)이다.
무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하며, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 이격 거리가 5mm이고, 수신 안테나가 적층된 연자성층의 두께가 0.2mm인 경우, 투자율 50 내지 200의 범위에서 자기 유도 결합 계수는 0.75 내지 0.8의 값을 가진다. 즉, 전도성 손실과 회로의 손실을 감안할 경우, 6-70%의 전송 효율을 얻는 것이 일반적이다.
도 4는 일반적인 연자성층의 상면도이고, 도 5는 도 4의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)가 영구 자석(130)을 포함하는 경우, 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 연자성층(210)이 포화된다. 이에 따라, 송신 안테나(120)가 전송한 전자기 에너지가 수신 안테나(220)에 충분히 집속될 수 없어, 전력 전송 효율이 낮아지게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 수신 안테나가 적층되는 연자성층의 구조를 변경하여 무선 전력 송수신 효율을 높이고자 한다. 즉, 무선 전력 송신 장치의 영구 자석에 의하여 발생되는 자기장을 차단하거나 경로 변경함으로써, 연자성층의 자기 포화를 방지하고자 한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층의 상면도이고, 도 7은 도 6의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 연자성층(210)은 홀(600)을 포함한다. 홀(600)은 무선 전력 송신 장치(100)에 포함된 영구 자석(130)과 대향되는 위치(예, 수신 안테나(220)를 이루는 코일 면의 내부)에 형성될 수 있다. 홀(600)은 영구 자석(130) 지름의 0.5 내지 1.5배 수준으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(130)의 지름이 12mm인 경우, 홀(230)의 지름은 6mm 내지 18mm일 수 있다. 이에 따라, 홀(600)이 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장을 통과시킴으로써, 연자성층(210)이 자기장에 노출되는 면적을 줄일 수 있고, 연자성층(210)의 평면 방향으로 전달되는 자기장을 최소화할 수 있다. 연자성층(210)의 자화값이 낮으면 수신 안테나(220)의 집속 성능이 높아지므로, 전력 전송 효율이 높아지게 된다.
여기서, 연자성층(210)이 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 연자성층(210)은 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상일 수 있다. 그리고, 홀(600)이 원형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 연자성층(210)에 형성된 홀은 하나 이상일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연자성층의 상면도이고, 도 9는 도 8의 연자성층이 포함된 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸다.
도 8 및 9를 참조하면, 연자성층(210)은 링(ring) 형상의 홀(800)을 포함한다. 링 형상의 홀(800)은 무선 전력 송신 장치(100)에 포함된 영구 자석(130)과 대향되는 위치(예, 수신 안테나(220)를 이루는 코일 면의 내부)에 형성될 수 있다. 링 형상의 홀(800)은 영구 자석(130)의 중심으로부터 반지름의 1/2이 되는 지점에서 영구 자석(130)의 원주로부터 바깥 방향으로 반지름의 1/2이 되는 지점 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(130)의 지름이 12mm인 경우, 링 형상의 홀(800)은 영구 자석(130)의 중심으로부터 3mm 떨어진 지점에서 9mm 떨어진 지점 사이에 형성될 수 있다. 링 형상의 홀(800)은 외경과 내경의 차가 1 내지 3mm가 되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 링 형상의 홀(800) 내부의 연자성 영역(810)이 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장을 받으며, 링 형상의 홀(800)은 연자성 영역(810)으로부터 연자성층(210)의 평면 방향으로 전달되는 자기장을 차단할 수 있다. 연자성층(210)의 자화값이 낮으면 수신 안테나(220)의 집속 성능이 높아지므로, 전력 전송 효율이 높아지게 된다.
여기서, 연자성층(210)이 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 연자성층(210)은 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상일 수 있다. 그리고, 링 형상의 홀(800)이 원형인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
도 10 및 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연자성층의 상면도이다.
도 10 및 11을 참조하면, 연자성층(210)은 홀(600, 800) 주변에 형성된 차단선(isolation line, 610, 820, 830)을 포함한다. 차단선(610, 820, 830)은 펀치 또는 커팅 공정에 의하여 형성된 절단 라인 또는 에칭(etching)에 의하여 형성된 노치(notch)일 수 있다. 차단선(610, 820, 830)은 실선 또는 파선 형태로 이루어질 수 있다.
도 11과 같이, 링 형상의 홀(800) 내부에 형성된 차단선(820)은 영구 자석(130)으로부터 발생한 자기장을 효율적으로 집속할 수 있다. 도 10 및 11과 같이, 홀(600, 800) 외부에 형성된 차단선(610, 830)은 연자성층(210)의 평면 방향으로 전달되는 자기장을 차단할 수 있다.
표 1은 금속 소재의 연자성층의 전력 전송 효율을 실험한 결과를 나타낸다. 실험에 사용된 무선 전력 송신 장치는 지름이 12mm인 영구 자석을 포함하였으며, 무선 전력 수신 장치의 연자성층으로 FeSiCr 플래이크(flake)가 90wt%이상 포함된 복합재료를 사용하였다.
연자성층 No. 소재 두께(mm) 홀 전송전력효율
1 FeSiCr 0.2 × 100
2 FeSiCr 0.2 O형상 101.7
3 FeSiCr 0.2 링형상 102.5
표 1과 같이, 홀이 없는 연자성층 No. 1의 전력 전송 효율이 100이라고 할 경우, 지름이 16mm인 O 형상의 홀이 있는 연자성층 No. 2의 전력 전송 효율이 101.7이었다. 그리고, 중심으로부터 8mm 떨어진 지점에 2mm 크기의 링 형상의 홀이 있고, 홀 주변에 차단선이 형성된 연자성층 No.3의 전력 전송 효율이 102.5이었다.
이와 같이, 홀이 없는 연자성층에 비하여 홀이 있는 연자성층의 전력 전송 효율이 높으며, O형상의 홀이 있는 연자성층에 비하여 링 형상의 홀이 있고, 홀 주변에 차단선이 형성된 연자성층의 전력 전송 효율이 높음을 알 수 있다.
표 2는 페라이트 소재의 연자성층의 전력 전송 효율을 실험한 결과를 나타낸다. 실험에 사용된 무선 전력 송신 장치는 지름이 12mm인 영구 자석을 포함하였으며, 무선 전력 수신 장치의 연자성층으로 Ni-Zn계 페라이트가 사용되었다.
연자성층 No. 소재 두께(mm) 홀 전송전력효율
4 Ni-Zn 페라이트 0.2 × 100
5 Ni-Zn 페라이트 0.2 O형상 108.5
표 2와 같이, 홀이 없는 연자성층 No. 4의 전력 전송 효율이 100이라고 할 경우, 지름이 16mm인 O 형상의 홀이 있는 연자성층 No. 5의 전력 전송 효율이 108.5이었다.
이와 같이, 연자성층으로 페라이트 소재를 사용하는 경우에도, 홀이 없는 연자성층에 비하여 홀이 있는 연자성층의 전력 전송 효율이 높음을 알 수 있다.
페라이트 소재는 금속 재료에 비하여 절반 이하로 포화 자화가 낮으므로, 무선 전력 송신 장치에 포함된 영구 자석의 영향을 더욱 강하게 받는다. 따라서, 무선 전력 수신 장치의 연자성층으로 페라이트 소재를 사용한 경우, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하는지에 따라 전력 전송 효율이 20% 이상 차이날 수 있다. 이에 따라, 연자성층으로 페라이트 소재가 사용되는 경우, 금속 재료가 사용되는 경우에 비하여 홀에 대한 효과가 크게 나타날 수 있다. 특히, 페라이트 소재는 NFC 특성이 우수하다. 따라서, 페라이트 소재의 연자성층에 홀을 형성하여, NFC 효율과 WPC 효율을 모두 만족시키는 무선 전력 수신 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연자성층을 포함하는 무선 전력 수신 장치를 이용하여 무선 충전을 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)의 영구 자석(130)으로부터 나오는 자기장을 연자성층(210)에 형성된 홀을 통하여 통과시킨다(S1200).
다음으로, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 안테나(220)는 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나(120)로부터 방사된 전자기 에너지를 수집한다(S1210). 그리고, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 회로는 수신 안테나(220)가 수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하며(S1220), 변환한 전기 에너지를 이용하여 충전한다(S1230).
이와 같이, 영구 자석으로부터 나온 자기장을 무선 전력 수신 장치의 연자성층에 형성된 홀을 통하여 통과시킴으로써, 자기장이 연자성층의 평면 방향을 통하여 전달되는 것을 막으며, 연자성층의 자기 포화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 송신 안테나로부터 수신 안테나로의 전력 전송 효율을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
200: 무선 전력 수신 장치
210: 연자성층
220: 수신 안테나
600, 800: 홀
610, 820, 830: 차단선

Claims (6)

  1. 무선으로 전력을 충전하기 위한 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    기판,
    상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지는 연자성층,
    상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 그리고
    상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부
    를 포함하며,
    상기 연자성층은 홀(hole)을 포함하며,
    상기 홀의 주변에는 적어도 하나의 차단선이 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연자성층 상에 적층되며, 상기 수신 안테나를 둘러싸는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)용 안테나를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀은 링(ring) 형상인 무선 전력 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 홀 주변에는 상기 링 형상의 내경보다 작은 지름을 가지는 적어도 하나의 차단선 및 상기 링 형상의 외경보다 큰 지름을 가지는 적어도 하나의 차단선이 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차단선은 펀치 또는 커팅 공정에 의하여 형성된 절단 라인인 무선 전력 수신 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 차단선은 노치(notch)인 무선 전력 수신 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2950422A1 (en) * 2014-05-16 2015-12-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Wireless charging transmitter and wireless charging system using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11195545A (ja) * 1997-12-27 1999-07-21 Hosiden Corp 無接点電磁誘導式充電機構、これに用いられる二次コイル及びこの二次コイルのコア
JP2010041906A (ja) 2008-07-10 2010-02-18 Nec Tokin Corp 非接触電力伝送装置、軟磁性体シート及びそれを用いたモジュール
KR20120086669A (ko) * 2011-01-26 2012-08-03 파나소닉 주식회사 비접촉 충전 모듈 및 이를 이용한 수신측 및 송신측 비접촉 충전 기기
JP2012199370A (ja) 2011-03-22 2012-10-18 Hitachi Metals Ltd コイル部品並びにそれを用いた給電装置及び充電装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11195545A (ja) * 1997-12-27 1999-07-21 Hosiden Corp 無接点電磁誘導式充電機構、これに用いられる二次コイル及びこの二次コイルのコア
JP2010041906A (ja) 2008-07-10 2010-02-18 Nec Tokin Corp 非接触電力伝送装置、軟磁性体シート及びそれを用いたモジュール
KR20120086669A (ko) * 2011-01-26 2012-08-03 파나소닉 주식회사 비접촉 충전 모듈 및 이를 이용한 수신측 및 송신측 비접촉 충전 기기
JP2012199370A (ja) 2011-03-22 2012-10-18 Hitachi Metals Ltd コイル部品並びにそれを用いた給電装置及び充電装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2950422A1 (en) * 2014-05-16 2015-12-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Wireless charging transmitter and wireless charging system using the same
US9762083B2 (en) 2014-05-16 2017-09-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Wireless charging transmitter and wireless charging system using the same

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