KR101394508B1 - Soft magnetism sheet, wireless power receiving apparatus and wireless charging method of the same - Google Patents

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KR101394508B1 KR1020130030911A KR20130030911A KR101394508B1 KR 101394508 B1 KR101394508 B1 KR 101394508B1 KR 1020130030911 A KR1020130030911 A KR 1020130030911A KR 20130030911 A KR20130030911 A KR 20130030911A KR 101394508 B1 KR101394508 B1 KR 101394508B1
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김소연
송지연
염재훈
이상원
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

A wireless power receiving apparatus capable of performing a wireless power charging operation according to one embodiment of the present invention includes a substrate, a first soft magnetic layer which is laminated on the substrate and is made of soft magnetic materials, a second soft magnetic layer which is laminated on the first soft magnetic layer, is made of the soft magnetic materials, and includes a hole, a receiving antenna which is laminated on the second soft magnetic layer and receives electromagnetic energy from the wireless power receiving apparatus, a circuit unit which is connected to the receiving antenna and converts electromagnetic energy into electric energy, and a battery charged with the electric energy.

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}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a soft magnetic sheet, a wireless power receiving device, and a wireless charging method therefor. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]
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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soft magnetic sheet, a wireless power receiving apparatus and a wireless charging method thereof, and more particularly to a structure of a soft magnetic sheet for an antenna included in a wireless power receiving apparatus.
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.Background Art [0002] With the development of wireless communication technology, there is a growing interest in wireless power transmission / reception technology for wirelessly supplying electric power to electronic devices. Such wireless power transmission / reception technology can be applied not only to battery charging of a portable terminal, but also to power supply for household electric appliances, power supply to electric vehicles and subways.
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.Typical wireless power transmission and reception techniques utilize the principles of magnetic induction or self-resonance. For example, when electrical energy is applied to a transmission antenna of a wireless power transmission device, the transmission antenna can convert electrical energy into electromagnetic energy and radiate it to the surroundings. The receiving antenna of the wireless power receiving apparatus can receive the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna and convert it into electric energy.
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.At this time, in order to increase the power transmission / reception efficiency, it is necessary to minimize the energy loss between the wireless power transmission apparatus and the wireless power reception apparatus. To this end, it is necessary to align the transmitting and receiving antennas within the effective distance. In addition, it is necessary to dispose the soft magnetic material around the transmitting antenna and the receiving antenna so that the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna is focused in the direction of the receiving antenna.
이러한 수신 안테나용 연자성 소재는 주파수 범위 및 원리(예, 자기 유도, 자기 공진)에 따라 달라질 수 있다.Such a soft magnetic material for the receiving antenna may vary depending on the frequency range and the principle (for example, magnetic induction, self resonance).
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.Generally, the soft magnetic material for the receiving antenna includes at least one of a soft magnetic material (e.g., at least one of Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr, and Fe-Si-B, Composite) or a ferrite material is used.
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.On the other hand, in order to align the transmitting antenna with the receiving antenna, the wireless power transmitting device may include a permanent magnet. When a wireless power receiving device (e.g., a smart phone) is placed on a wireless power transmitting device (e.g., a transmitting pad) for wireless charging, the wireless power receiving device is moved by the force of the permanent magnet included in the wireless power transmitting device So that the transmission antenna and the reception antenna can be calibrated to the optimum position.
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.However, such a permanent magnet does not greatly affect the soft magnetic material for the transmission antenna having a relatively large thickness, but it can lower the magnetic permeability of the soft magnetic material for the reception antenna. This is because the soft magnetic material having a small thickness has a high magnetic permeability in the planar direction, so that the magnetization value of the soft magnetic material for the receiving antenna can be saturated by the magnetic field generated from the permanent magnet. As a result, the electromagnetic energy from the transmitting antenna leaks, and the transmission efficiency between the transmitting antenna and the receiving antenna is lowered.
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.Accordingly, a technique of obtaining a soft magnetic material having a high saturation magnetization by using a metal material has been proposed. However, even when such a soft magnetic material is used, a low power receiving efficiency is obtained as compared with the case of using a wireless power transmitting apparatus not including a permanent magnet.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 전력 수신 장치의 무선 전력 수신 효율을 개선하기 위한 수신 안테나용 연자성 시트의 구조를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structure of a soft magnetic sheet for a receiving antenna for improving wireless power receiving efficiency of a wireless power receiving apparatus.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선 전력 송수신 기능 및 근거리 통신 기능을 동시에 탑재할 수 있는 연자성 시트의 구조를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a structure of a soft magnetic sheet capable of simultaneously mounting a wireless power transmission / reception function and a local communication function.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치에 있어서, 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어진 제1 연자성층, 상기 제1 연자성층 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하는 제2 연자성층, 상기 제2 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나, 상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부, 그리고 상기 전기 에너지를 충전하는 배터리를 포함한다.A wireless power receiving apparatus for wirelessly charging power according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a first soft magnetic layer stacked on the substrate and made of a soft magnetic material, a second soft magnetic layer stacked on the first soft magnetic layer, A second soft magnetic layer formed of a soft magnetic material and including a hole, a reception antenna stacked on the second soft magnetic layer and configured to receive electromagnetic energy emitted from a wireless power transmission device, A circuit for converting the electromagnetic energy to electrical energy, and a battery for charging the electrical energy.
상기 제1 연자성층의 투자율은 상기 제2 연자성층의 투자율보다 높을 수 있다.The magnetic permeability of the first soft magnetic layer may be higher than that of the second soft magnetic layer.
상기 제1 연자성층과 상기 제2 연자성층은 절연 소재의 접착 시트로 부착될 수 있다.The first soft magnetic layer and the second soft magnetic layer may be attached with an adhesive sheet of an insulating material.
상기 제2 연자성층은 페라이트 소재로 이루어지며, 상기 제2 연자성층 상에 적층되며, 상기 수신 안테나를 둘러싸는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)용 안테나를 더 포함할 수 있다.The second soft magnetic layer may further include a near field communication (NFC) antenna formed of a ferrite material and stacked on the second soft magnetic layer and surrounding the receive antenna.
상기 제1 연자성층은 열처리된 비정질 리본으로 이루어질 수 있다.The first soft magnetic layer may be formed of a heat-treated amorphous ribbon.
상기 제1 연자성층에는 적어도 하나의 크랙(crack)이 형성될 수 있다.At least one crack may be formed in the first soft magnetic layer.
상기 수신 안테나는 상기 제2 연자성층 상에서 상기 제2 연자성층과 평행한 방향으로 감겨진 코일 면으로 이루어지며, 상기 홀은 상기 코일 면의 내부에 형성될 수 있다.The reception antenna may comprise a coil surface wound on the second soft magnetic layer in a direction parallel to the second soft magnetic layer, and the hole may be formed inside the coil surface.
상기 제1 연자성층은 상기 코일 면의 적어도 일부를 덮을 수 있다.The first soft magnetic layer may cover at least a part of the coil surface.
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.The hole may be formed at a position opposite to the permanent magnet included in the wireless power transmission device, and the diameter of the hole may be 0.5 to 1.5 times the diameter of the permanent magnet.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법은 무선 전력 송신 장치의 영구 자석으로부터 나오는 자기장을 상기 무선 전력 수신 장치의 제1 연자성층에 형성된 홀을 통하여 통과시키는 단계, 상기 홀을 통하여 통과한 자기장을 상기 제1 연자성층에 부착된 제2 연자성층을 이용하여 집속하는 단계, 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 안테나로부터 방사된 전자기 에너지를 수집하는 단계, 수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계, 그리고 변환한 전기 에너지를 이용하여 충전하는 단계를 포함한다.A wireless charging method of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of passing a magnetic field generated from a permanent magnet of a wireless power transmission apparatus through a hole formed in a first soft magnetic layer of the wireless power receiving apparatus, Collecting electromagnetic energy radiated from a transmitting antenna of the wireless power transmission apparatus, converting the collected electromagnetic energy into electrical energy, converting the electromagnetic energy into electrical energy, And charging using the converted electrical energy.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 연자성 시트는 연자성 소재로 이루어진 제1 연자성층, 상기 제1 연자성층 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하는 제2 연자성층, 그리고 상기 제2 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나를 포함한다.A soft magnetic sheet of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a first soft magnetic layer made of a soft magnetic material, a second soft magnetic layer stacked on the first soft magnetic layer and made of a soft magnetic material, A second soft magnetic layer, and a receiving antenna stacked on the second soft magnetic layer and receiving electromagnetic energy emitted from the wireless power transmission device.
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.According to the embodiment of the present invention, the electromagnetic energy focusing performance of the receiving antenna can be enhanced in the wireless power receiving apparatus, and the wireless power transmitting / receiving efficiency can be maximized. In addition, it is possible to obtain a desired electromagnetic energy focusing effect even in a thin thickness, and thus it can be applied to a variety of electronic devices (eg, TV, portable terminal, notebook, and tablet PC) having a slim trend.
그리고, 전자기 에너지 집속 성능이 우수하고, 재료의 가격이 저렴하므로, 전기자동차, 지하철, 전철 등의 대형 응용 분야에도 적용이 가능하다.Further, since the electromagnetic energy focusing performance is excellent and the material cost is low, it can be applied to large-sized applications such as electric vehicles, subways, and electric trains.
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.Further, even if the wireless power transmission apparatus includes a permanent magnet, the influence of the permanent magnet can be absorbed, and high power transmission efficiency can be obtained. It is also compatible with the case where the wireless power transmission device does not include a permanent magnet.
또한, 연자성 시트를 제작하기 위한 공정이 간단하며, 추가적인 비용 상승의 부담이 적다.Further, the process for manufacturing the soft magnetic sheet is simple, and the burden of the additional cost increase is small.
특히, NFC 성능과 WPC 성능을 동시에 보장하는 연자성 시트를 얻을 수 있다.In particular, a soft magnetic sheet can be obtained that simultaneously ensures NFC performance and WPC performance.
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 무선 전력 수신 장치에 포함되는 연자성층의 단면도의 일 예이고, 도 5는 도 4의 연자성층의 자기 포화 현상을 나타내는 도면이다.
도 6은 무선 전력 수신 장치에 포함되는 연자성층의 단면도의 다른 예이고, 도 7은 도 6의 연자성층의 상면도이며, 도 8은 도 6의 연자성층의 자기 포화 현상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 포함되는 연자성층의 단면도이고, 도 10은 도 9의 연자성층 주변에 형성되는 자로를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a block diagram illustrating a wireless power transceiver system in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a part of a wireless power transmission apparatus, and FIG. 3 is a diagram showing a part of a wireless power reception apparatus.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a soft magnetic layer included in a wireless power receiving apparatus, and FIG. 5 is a diagram showing a magnetic saturation phenomenon of the soft magnetic layer of FIG.
FIG. 6 is another example of a cross-sectional view of a soft magnetic layer included in a wireless power receiving apparatus, FIG. 7 is a top view of the soft magnetic layer of FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram showing a magnetic saturation phenomenon of the soft magnetic layer of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a soft magnetic layer included in a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram illustrating a magnetic path formed around the soft magnetic layer in FIG.
11 is a flowchart showing a wireless charging method of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
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. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
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. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
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. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless power transceiver system in accordance with an embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 1, a wireless power transmission / reception system includes a wireless power transmission apparatus 100 and a wireless power reception apparatus 200. The wireless power transmission apparatus 100 applies electrical energy to a transmission antenna, and the transmission antenna converts electrical energy into electromagnetic energy and radiates it to the surroundings. The wireless power receiving apparatus 200 receives electromagnetic energy radiated from a transmitting antenna using a receiving antenna and converts the received electromagnetic energy into electric energy to charge the antenna.
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.Here, the wireless power transmission apparatus 100 is, for example, a transmission pad. The wireless power receiving apparatus 200 may be a portable terminal to which wireless power transmission / reception technology is applied, a household / personal electronic product, a transportation means, and the like. A mobile terminal to which the wireless power transmission / reception technology is applied, a household / personal electronic product, a transportation means, etc. may include only the wireless power receiving apparatus 200 or may include both the wireless power transmitting apparatus 100 and the wireless power receiving apparatus 200 Can be set.
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.Meanwhile, the wireless power receiving apparatus 200 may be configured to include a module having both a wireless power conversion (WPC) function and a near field communication (NFC) function. At this time, the wireless power receiving apparatus 200 may perform short-range wireless communication with the external apparatus 300 including the NFC module.
도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing a part of a wireless power transmission apparatus, and FIG. 3 is a diagram showing a part of a wireless power reception apparatus.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 회로(미도시), 연자성 코어(110), 송신 안테나(120) 및 영구 자석(130)을 포함한다.2, the wireless power transmission apparatus 100 includes a transmission circuit (not shown), a soft magnetic core 110, a transmission antenna 120, and a permanent magnet 130.
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.The soft magnetic core 110 may be made of a soft magnetic material having a thickness of several mm. The transmission antenna 120 may be a transmission coil, and the permanent magnet 130 may be surrounded by a transmission antenna 120.
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.Referring to FIG. 3, the wireless power transmission apparatus 200 includes a reception circuit (not shown), a soft magnetic layer 210, and a reception antenna 220. The soft magnetic layer 210 may be laminated on a substrate (not shown). The substrate may be composed of multiple layers of fixed sheets and may be bonded to the soft magnetic layer 210 to fix the soft magnetic layer 210.
연자성층(210)은 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나(120)로부터 방사되는 전자기 에너지를 집속한다.The soft magnetic layer 210 concentrates the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna 120 of the wireless power transmission apparatus 100.
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. 일 예로, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 단일 금속 또는 합금 분말 플레이크 및 고분자 수지를 포함하는 컴포지트 형태일 수 있다. 다른 예로, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금 리본, 적층 리본, 호일 또는 필름일 수 있다. 또 다른 예로, 연자성층(210)은 FeSiCr 플레이크를 90wt% 이상 포함하고, 고분자 수지를 10wt% 이하 포함하는 컴포지트일 수 있다. 또 다른 예로, 연자성층(210)은 Ni-Zn 계 페라이트를 포함하는 시트, 리본, 호일 또는 필름일 수 있다.The soft magnetic layer 210 may be formed of a metal material or a ferrite material and the soft magnetic layer 210 may be formed in various forms such as a sintered body (pellet), a plate, a ribbon, a foil, . ≪ / RTI > As an example, the soft magnetic layer 210 may be in the form of a composite comprising a single metal or alloy powder flake comprising at least one of Fe, Co, Ni and a polymeric resin. As another example, the soft magnetic layer 210 may be an alloy ribbon, laminated ribbon, foil or film comprising at least one of Fe, Co, and Ni. As another example, the soft magnetic layer 210 may be a composite containing 90 wt% or more of FeSiCr flakes and 10 wt% or less of the polymer resin. As another example, the soft magnetic layer 210 may be a sheet, ribbon, foil or film containing Ni-Zn ferrite.
연자성층(210) 상에는 수신 안테나(220)가 적층된다. 수신 안테나(220)는 연자성층(210) 상에서 연자성층(210)과 평행한 방향으로 감겨진 코일 면으로 이루어질 수 있다. 스마트폰에 적용되는 수신 안테나를 예로 들면, 외경 50mm 이내, 내경 20mm 이상의 나선형 코일(spiral coil)의 형태일 수 있다. 수신 회로는 수신 안테나(220)를 통하여 수신된 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 변환한 전기 에너지를 배터리(미도시)에 충전한다. A reception antenna 220 is stacked on the soft magnetic layer 210. The receiving antenna 220 may be a coiled surface wound in a direction parallel to the soft magnetic layer 210 on the soft magnetic layer 210. For example, a receiving antenna applied to a smart phone may be in the form of a spiral coil having an outer diameter of 50 mm or less and an inner diameter of 20 mm or more. The receiving circuit converts the electromagnetic energy received through the receiving antenna 220 into electric energy, and charges the battery (not shown) with the converted electric energy.
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.Although not shown, a heat dissipation layer may be further included between the soft magnetic layer 210 and the reception antenna 220. In this specification, the soft magnetic layer 210 and the receiving antenna 220 may be referred to as a soft magnetic sheet. The soft magnetic sheet may mean not only a flexible structure but also a rigid structure such as a sintered body, a plate and the like.
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.When the wireless power receiving apparatus 200 has the WPC function and the NFC function at the same time, the NFC coil 230 may be further stacked on the soft magnetic layer 210. The NFC coil 230 may be formed to surround the outside of the receiving antenna 220.
그리고, 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230) 각각은 단자(240)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.Each of the reception antenna 220 and the NFC coil 230 may be electrically connected to each other through a terminal 240.
한편, 수학식 1은 자기 유도 결합 계수를 나타낸다.Equation (1) represents the magnetic inductance coupling coefficient.
Figure 112013025024034-pat00001
Figure 112013025024034-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.Where Lx is the self inductance of the receiving antenna, L Tx is the self inductance of the transmitting antenna, and M is the inductance of the transmitting antenna and the receiving antenna, where k is the inductive coupling coefficient, L Rx is the self- (mutual inductance).
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.In the case where the wireless power transmission apparatus includes a permanent magnet and the distance between the transmission antenna and the reception antenna is 5 mm and the thickness of the soft magnetic layer in which the reception antenna is stacked is 0.2 mm, And has a value of 0.75 to 0.8. In other words, it is common to obtain a transmission efficiency of 6-70% considering the loss of conduction and the loss of circuit.
도 4는 무선 전력 수신 장치에 포함되는 연자성층의 단면도의 일 예이고, 도 5는 도 4의 연자성층의 자기 포화 현상을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 5에서는 도 4의 연자성층의 일부 구성만을 도시하고 있으며, 무선 전력 송신 장치와의 상호 작용을 나타내기 위하여 도 4를 180도 반전시켜 도시하고 있다. FIG. 4 is a cross-sectional view of a soft magnetic layer included in a wireless power receiving apparatus, and FIG. 5 is a diagram showing a magnetic saturation phenomenon of the soft magnetic layer of FIG. For ease of explanation, FIG. 5 shows only some of the components of the soft magnetic layer of FIG. 4, and FIG. 4 is inverted 180 degrees to illustrate interaction with a wireless power transmission device.
도 4를 참조하면, 연자성층(210) 상에는 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)이 적층된다. 연자성층(210) 및 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230)의 접착을 위하여 접착 시트(400)가 이용될 수 있다. 그리고, 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230) 상에는 폴리이미드(PolyImide, PI) 필름(410)이 더 적층될 수 있다. 여기서, 연자성층(210)의 두께는 0.1 내지 0.3mm이고, 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)의 두께는 0.05mm 내지 0.15mm이다. 그리고, 접착 시트(400)의 두께는 0.02mm 내지 0.06mm이며, PI 필름(410)의 두께는 0.01mm 내지 0.05mm 두께이다. 예를 들어, 연자성층(210)의 두께는 0.2mm이고, 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)의 두께는 0.1mm일 수 있다. 그리고, 접착 시트(400)의 두께는 0.04mm이며, PI 필름(410)의 두께는 0.03mm 두께일 수 있다. 그리고, 연자성층(210) 아래에는 0.07 내지 0.1mm 두께의 방열 시트(미도시)가 더 부착될 수 있다.Referring to FIG. 4, a reception antenna 220 and an NFC coil 230 are stacked on the soft magnetic layer 210. The adhesive sheet 400 may be used for bonding the soft magnetic layer 210 and the receiving antenna 220 and the NFC coil 230. [ A polyimide (PI) film 410 may be further laminated on the reception antenna 220 and the NFC coil 230. Here, the thickness of the soft magnetic layer 210 is 0.1 to 0.3 mm, and the thickness of the reception antenna 220 and the NFC coil 230 is 0.05 to 0.15 mm. The thickness of the adhesive sheet 400 is 0.02 mm to 0.06 mm, and the thickness of the PI film 410 is 0.01 mm to 0.05 mm. For example, the thickness of the soft magnetic layer 210 may be 0.2 mm, and the thickness of the reception antenna 220 and the NFC coil 230 may be 0.1 mm. The thickness of the adhesive sheet 400 is 0.04 mm, and the thickness of the PI film 410 may be 0.03 mm. Further, a heat radiation sheet (not shown) having a thickness of 0.07 to 0.1 mm may be further attached under the soft magnetic layer 210.
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.4 and 5, when the wireless power transmission apparatus 100 includes the permanent magnet 130, the soft magnetic layer 210 is saturated by the magnetic field generated by the permanent magnet 130. Accordingly, the electromagnetic energy transmitted from the transmitting antenna 120 can not be sufficiently focused on the receiving antenna 220, resulting in a low power transmission efficiency.
도 6은 무선 전력 수신 장치에 포함되는 연자성층의 단면도의 다른 예이고, 도 7은 도 6의 연자성층의 상면도이며, 도 8은 도 6의 연자성층의 자기 포화 현상을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 8에서는 도 6의 연자성층의 일부 구성만을 도시하고 있으며, 무선 전력 송신 장치와의 상호 작용을 나타내기 위하여 도 6을 180도 반전시켜 도시하고 있다.FIG. 6 is another example of a cross-sectional view of a soft magnetic layer included in a wireless power receiving apparatus, FIG. 7 is a top view of the soft magnetic layer of FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram showing a magnetic saturation phenomenon of the soft magnetic layer of FIG. For ease of explanation, FIG. 8 shows only some of the components of the soft magnetic layer of FIG. 6 and is illustrated with FIG. 6 inverted 180 degrees to illustrate the interaction with the wireless power transmission device.
도 6을 참조하면, 연자성층(210) 상에는 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)이 적층된다. 연자성층(210) 및 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230)의 접착을 위하여 접착 시트(400)가 이용될 수 있다. 그리고, 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230) 상에는 PI 필름(410)이 더 적층될 수 있다. Referring to FIG. 6, a reception antenna 220 and an NFC coil 230 are stacked on the soft magnetic layer 210. The adhesive sheet 400 may be used for bonding the soft magnetic layer 210 and the receiving antenna 220 and the NFC coil 230. [ The PI film 410 may be further laminated on the reception antenna 220 and the NFC coil 230.
도 6 내지 8을 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 있다. 다만, 홀(600)을 통과한 자기장은 연자성층(210)을 통하여 다시 흐를 수 있다. 이에 따라, 홀(600)이 없는 경우에 비하여 연자성층(210)의 자화값을 낮출 수는 있으나, 연자성층(210)의 자화값이 여전히 높아, 만족할 수준의 전력 전송 효율을 얻지 못할 수 있다.6 to 8, the soft magnetic layer 210 includes a hole 600. The hole 600 may be formed at a position opposite to the permanent magnet 130 included in the wireless power transmission apparatus 100 (e.g., inside the coil surface forming the receiving antenna 220). The hole 600 may be formed at a level of 0.5 to 1.5 times the diameter of the permanent magnet 130. For example, when the diameter of the permanent magnet 130 is 12 mm, the diameter of the hole 230 may be 6 mm to 18 mm. Thus, by passing the magnetic field generated by the permanent magnet 130 by the hole 600, the area of the soft magnetic layer 210 exposed to the magnetic field can be reduced. However, the magnetic field passing through the hole 600 can flow again through the soft magnetic layer 210. Accordingly, although the magnetization value of the soft magnetic layer 210 can be lowered compared with the case where the holes 600 are not provided, the magnetization value of the soft magnetic layer 210 is still high, and a satisfactory power transmission efficiency may not be obtained.
한편, 페라이트 소재는 금속 소재에 비하여 저렴하며, 신뢰성이 높다. 또한, 금속 소재가 NFC용 주파수 대역에서 낮은 투자율과 높은 손실률을 보이는데 반해, 페라이트 소재는 NFC용 주파수 대역에서 높은 투자율과 낮은 손실률을 보인다.On the other hand, ferrite materials are cheaper than metal materials and have high reliability. In addition, the ferrite material exhibits high magnetic permeability and low loss rate in the NFC frequency band, while the metal material exhibits low permeability and high loss ratio in the NFC frequency band.
이에 따라, 페라이트 소재의 연자성층이 영구 자석으로부터 받는 영향을 줄일 수 있다면, 전력 송신 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, NFC 성능과 WPC 성능을 동시에 충족할 수 있는 연자성층을 얻을 수 있다.Accordingly, if the effect of the ferrite-based soft magnetic layer on the permanent magnet can be reduced, it is possible not only to increase the power transmission efficiency, but also to obtain a soft magnetic layer capable of satisfying NFC performance and WPC performance at the same time.
본 발명의 실시예에서는, 수신 안테나가 적층되는 연자성층의 구조를 변경하여 무선 전력 송수신 효율을 높이고자 한다. 즉, 무선 전력 송신 장치의 영구 자석에 의하여 발생되는 자기장의 경로를 변경함으로써, 연자성층의 자화값을 낮추고자 한다. 또한, 페라이트 소재의 연자성층의 전력 전송 효율을 높여, NFC 성능과 WPC 성능을 동시에 충족시키는 연자성 시트를 얻고자 한다.In the embodiment of the present invention, the structure of the soft magnetic layer in which the reception antennas are stacked is changed to enhance the efficiency of wireless power transmission / reception. That is, the magnetization value of the soft magnetic layer is intended to be lowered by changing the path of the magnetic field generated by the permanent magnet of the wireless power transmission device. Further, it is intended to obtain a soft magnetic sheet which satisfies NFC performance and WPC performance at the same time by increasing the power transmission efficiency of the ferromagnetic soft magnetic layer.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 포함되는 연자성층의 단면도이고, 도 10은 도 9의 연자성층 주변에 형성되는 자로를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 10에서는 도 9의 연자성층의 일부 구성만을 도시하고 있으며, 무선 전력 송신 장치와의 상호 작용을 나타내기 위하여 도 9를 180도 반전시켜 도시하고 있다. 연자성층(210), 수신 안테나(220), NFC 코일(230) 및 홀(600) 등에 대하여 도 1 내지 8과 중복되는 내용은 설명을 생략한다.FIG. 9 is a cross-sectional view of a soft magnetic layer included in a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram illustrating a magnetic path formed around the soft magnetic layer in FIG. For convenience of illustration, FIG. 10 shows only some of the components of the soft magnetic layer of FIG. 9 and is illustrated with FIG. 9 inverted 180 degrees to illustrate interaction with a wireless power transmission device. The description of the elements overlapping with those of FIGS. 1 to 8 with respect to the soft magnetic layer 210, the reception antenna 220, the NFC coil 230, the hole 600, etc. will be omitted.
도 9를 참조하면, 연자성 소재로 이루어진 리본(900) 상에 연자성층(210)이 적층되며, 연자성층(210) 상에는 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)이 적층된다. 연자성층(210) 및 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230)의 접착을 위하여 접착 시트(400)가 이용될 수 있다. 그리고, 수신 안테나(220)와 NFC 코일(230) 상에는 폴리이미드(PolyImide, PI) 필름(410)이 더 적층될 수 있다. 연자성층(210)은 하나 이상의 홀(600)을 포함한다. 홀(600)은 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 9, a soft magnetic layer 210 is laminated on a ribbon 900 made of a soft magnetic material, and a receiving antenna 220 and an NFC coil 230 are laminated on the soft magnetic layer 210. The adhesive sheet 400 may be used for bonding the soft magnetic layer 210 and the receiving antenna 220 and the NFC coil 230. [ A polyimide (PI) film 410 may be further laminated on the reception antenna 220 and the NFC coil 230. The soft magnetic layer 210 includes at least one hole 600. The holes 600 may have various shapes such as circular, oval, and polygonal.
리본(900)은 열처리된 비정질 리본일 수 있으며, 리본(900)의 투자율은 연자성층(210)의 투자율보다 높다. 리본(900)은 연자성 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 리본(900)은 Fe, Co 및 Ni 중 적어도 하나를 포함하는 금속 복합 소재이거나, 페라이트 소재로 이루어질 수 있다. 리본(900)과 연자성층(210)은 절연 소재의 접착 시트(910)으로 부착될 수 있다. 리본(900)은 연자성층(210)과 동일한 크기로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 리본(900)이 수신 안테나(220)의 적어도 일부를 덮을 수 있도록 형성되면, 영구 자석(130)으로부터 나온 자기장을 모을 수 있다. 본 명세서에서, 리본(900)은 제1 연자성층과 혼용될 수 있고, 연자성층(210)은 제2 연자성층과 혼용될 수 있다. The ribbon 900 may be a heat-treated amorphous ribbon, and the permeability of the ribbon 900 is higher than that of the soft magnetic layer 210. The ribbon 900 may be made of a soft magnetic material. For example, the ribbon 900 may be a metal composite material including at least one of Fe, Co, and Ni, or may be made of a ferrite material. The ribbon 900 and the soft magnetic layer 210 may be attached to an adhesive sheet 910 of an insulating material. The ribbon 900 may be formed in the same size as the soft magnetic layer 210, but is not limited thereto. When the ribbon 900 is formed to cover at least a part of the receiving antenna 220, the magnetic field from the permanent magnet 130 can be collected. In this specification, the ribbon 900 may be mixed with the first soft magnetic layer, and the soft magnetic layer 210 may be mixed with the second soft magnetic layer.
도 9 및 10을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)가 영구 자석(130)을 포함하는 경우, 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장은 연자성층(210)에 형성된 홀(600)을 통과한다. 그리고, 홀(600)을 통과한 자기장은 리본(900)으로 전달된다. 리본(900)의 평면 방향을 따라 흐른 자기장은 다시 무선 전력 송신 장치(100)의 연자성 코어(110)로 향하는 자로를 형성한다.9 and 10, when the wireless power transmission apparatus 100 includes the permanent magnet 130, the magnetic field generated by the permanent magnet 130 passes through the hole 600 formed in the soft magnetic layer 210 do. The magnetic field passing through the hole 600 is transmitted to the ribbon 900. The magnetic field flowing along the planar direction of the ribbon 900 again forms a magnetic path to the soft magnetic core 110 of the wireless power transmission device 100.
이와 같이, 영구 자석(130)에 의하여 발생되는 자기장이 연자성층(210)의 자화값에 영향을 거의 미치지 않게 되어, 송신 안테나(120)가 전송한 전자기 에너지가 수신 안테나(220)에 충분히 집속될 수 있고, 전력 전송 효율이 높아지게 된다.The magnetic field generated by the permanent magnet 130 hardly affects the magnetization value of the soft magnetic layer 210 and the electromagnetic energy transmitted by the transmission antenna 120 is sufficiently focused on the reception antenna 220 And the power transmission efficiency is increased.
한편, 연자성층(210)의 두께는 0.1 내지 0.3mm이고, 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)의 두께는 0.05mm 내지 0.15mm이다. 그리고, 접착 시트(400)의 두께는 0.02mm 내지 0.06mm이며, PI 필름(410)의 두께는 0.01mm 내지 0.05mm 두께이다. 그리고, 리본(900)의 두께는 0.01mm 내지 0.05mm이고, 접착 시트(910)의 두께는 0.01 내지 0.03mm이다. 예를 들어, 연자성층(210)의 두께는 0.2mm이고, 수신 안테나(220) 및 NFC 코일(230)의 두께는 0.1mm일 수 있다. 그리고, 접착 시트(400)의 두께는 0.04mm이며, PI 필름(410)의 두께는 0.03mm 두께일 수 있다. 그리고, 리본(900)의 두께는 0.03mm이고, 접착 시트(910)의 두께는 0.01mm일 수 있다. 이와 같이, 리본(900)을 추가하더라도 전체적인 두께는 크게 증가하지 않게 된다. 따라서, 전력 전송 효율이 높으면서도 두께가 얇은 무선 전력 수신 장치를 구현할 수 있다.The thickness of the soft magnetic layer 210 is 0.1 to 0.3 mm and the thickness of the reception antenna 220 and the NFC coil 230 is 0.05 to 0.15 mm. The thickness of the adhesive sheet 400 is 0.02 mm to 0.06 mm, and the thickness of the PI film 410 is 0.01 mm to 0.05 mm. The thickness of the ribbon 900 is 0.01 mm to 0.05 mm, and the thickness of the adhesive sheet 910 is 0.01 to 0.03 mm. For example, the thickness of the soft magnetic layer 210 may be 0.2 mm, and the thickness of the reception antenna 220 and the NFC coil 230 may be 0.1 mm. The thickness of the adhesive sheet 400 is 0.04 mm, and the thickness of the PI film 410 may be 0.03 mm. The thickness of the ribbon 900 is 0.03 mm, and the thickness of the adhesive sheet 910 may be 0.01 mm. Thus, even if the ribbon 900 is added, the overall thickness does not increase significantly. Therefore, a wireless power receiving apparatus having a high power transmission efficiency and a small thickness can be realized.
도시되지 않았으나, 리본(900)은 적어도 하나의 크랙(crack)을 포함할 수 있다. 크랙은 리본(900)에 형성된 금 또는 균열을 의미한다. 크랙은 리본(900) 제조 과정에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 리본(900)을 제조하는 과정에서 온도 또는 압력을 조절하여 리본(900)에 형성되는 크랙의 빈도를 높일 수 있다. 리본(900)에 형성된 크랙은 기전력에 의하여 리본(900) 상에 흐를 수 있는 와전류를 차단할 수 있다. 이에 따라, 와전류로 인한 손실을 줄이며, 고주파에서의 전송 품질(Quality factor)을 높일 수 있다. Although not shown, the ribbon 900 may include at least one crack. The crack means a crack or a crack formed in the ribbon 900. The crack can be formed in the process of manufacturing the ribbon 900. For example, it is possible to increase the frequency of cracks formed in the ribbon 900 by adjusting the temperature or the pressure in the course of manufacturing the ribbon 900. The cracks formed on the ribbon 900 can block the eddy current that may flow on the ribbon 900 by the electromotive force. Accordingly, it is possible to reduce the loss due to the eddy current and to increase the quality factor at high frequencies.
표 1은 무선 전력 수신 장치의 연자성층에 따른 전력 전송 효율을 실험한 결과를 나타낸다. 실험에 사용된 영구 자석은 지름이 12mm인 NdFeB 영구 자석이며, 금속 소재의 연자성층으로 0.2mm 두께의 FeSiCr 플레이크가 90wt% 이상 포함된 복합 재료(투자율: 50)가 사용되었고, 페라이트 소재의 연자성층으로 0.2mm 두께의 Ni-Zn 계 페라이트 시트(투자율: 120 내지 130)가 사용되었다. 연자성층에 형성된 홀의 지름은 18mm이며, 380℃에서 1시간 동안 열처리된 0.03mm 두께의 FeSiB계 비정질 리본(투자율: 800 내지 1000)이 사용되었고, 리본과 연자성층은 0.01mm 두께의 양면 접착 시트로 부착되었다. 송신 안테나와 수신 안테나 간의 거리는 5mm로 조정된 상태에서 전송 전력 효율을 측정하였다.Table 1 shows the experimental results of the power transmission efficiency according to the soft magnetic layer of the wireless power receiving apparatus. The permanent magnet used in the experiment was a NdFeB permanent magnet having a diameter of 12 mm and a composite material (permeability: 50) containing 0.2 wt% of FeSiCr flake in a metal material of 90 wt% or more was used as the soft magnetic layer of the ferrite material. A Ni-Zn ferrite sheet (permeability: 120 to 130) having a thickness of 0.2 mm was used. The hole formed in the soft magnetic layer had a diameter of 18 mm and a 0.03 mm thick FeSiB amorphous ribbon (permeability: 800 to 1000) heat treated at 380 ° C for 1 hour was used, and the ribbon and soft magnetic layer were both- Respectively. The transmission power efficiency was measured with the distance between the transmitting antenna and the receiving antenna adjusted to 5 mm.
No.No. 영구 자석 Permanent magnet 연자성층 소재Soft magnetic layer material hall 리본ribbon 전력 전송 효율(%)Power Transmission Efficiency (%)
1One 불포함Not included 페라이트 소재Ferrite material ×× ×× 66.266.2
22 포함include 페라이트 소재Ferrite material ×× ×× 53.853.8
33 포함include 페라이트 소재Ferrite material ×× 5656
44 포함include 페라이트 소재Ferrite material 61.561.5
55 불포함Not included 금속 소재Metal material ×× ×× 62.262.2
66 포함include 금속 소재Metal material ×× ×× 58.258.2
77 포함include 금속 소재Metal material ×× 5959
88 포함include 금속 소재Metal material 61.161.1
표 1에 따르면, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하지 않는 경우, 금속 소재의 연자성층의 전력 전송 효율은 62.2%이고, 페라이트 소재의 연자성층의 전력 전송 효율은 66.2%이다. 그러나, 무선 전력 송신 장치가 영구 자석을 포함하는 경우, 금속 소재의 연자성층의 전력 전송 효율은 57.6%이고, 페라이트 소재의 연자성층의 전력 전송 효율은 53.8%로 낮아진다. 이로부터, 페라이트 소재의 연자성층이 영구 자석의 영향을 더 크게 받는다는 것을 알 수 있다.According to Table 1, when the wireless power transmission device does not include a permanent magnet, the power transmission efficiency of the soft magnetic layer of the metal material is 62.2% and the power transmission efficiency of the ferrite soft magnetic layer is 66.2%. However, when the wireless power transmission device includes a permanent magnet, the power transmission efficiency of the soft magnetic layer of the metal material is 57.6%, and the power transmission efficiency of the ferrite soft magnetic layer is reduced to 53.8%. From this, it can be seen that the ferromagnetic material layer of the ferrite material is more affected by the permanent magnet.
한편, 페라이트 소재의 연자성층에 홀이 형성된 경우 전력 전송 효율이 56%로 높아졌으나, 리본이 추가된 경우 전력 전송 효율이 61.5%로 더욱 높아짐을 알 수 있다. 이와 같이, 리본을 추가할 경우, 페라이트 소재의 연자성층의 자기 포화 현상을 60% 이상(7.7(=61.5-53.8)/12.4(66.2-53.8)*100) 방지하였다고 볼 수 있다.On the other hand, when holes are formed in the soft magnetic layer of the ferrite material, the power transmission efficiency is increased to 56%, but the power transmission efficiency is further increased to 61.5% when the ribbon is added. As described above, it can be seen that the addition of the ribbon prevents the magnetic saturation phenomenon of the ferrite-based soft magnetic layer by 60% or more (7.7 (= 61.5-53.8) /12.4 (66.2-53.8) * 100).
금속 소재의 연자성층에서도 홀이 형성된 경우 전력 전송 효율이 59%로 높아졌으나, 리본이 추가된 경우 61.1%로 더욱 높아짐을 알 수 있다. 이와 같이, 리본을 추가할 경우, 금속 소재의 연자성층의 자기 포화 현상을 70% 이상(2.9(61.1-58.2)/4(62.2-58.2)*100) 방지하였다고 볼 수 있다.In the case of a soft magnetic layer made of a metal material, the power transmission efficiency is increased to 59% when the hole is formed, but it is increased to 61.1% when the ribbon is added. As described above, it can be seen that the addition of the ribbon prevents the magnetic saturation phenomenon of the soft magnetic layer of the metal material by 70% or more (2.9 (61.1-58.2) / 4 (62.2-58.2) * 100).
이와 같이, 홀이 형성된 연자성층에 리본을 추가함으로써, 영구 자석으로부터 발생한 자기장의 영향을 최소화할 수 있고, 전력 전송 효율을 최대화할 수 있다.Thus, by adding a ribbon to the soft magnetic layer in which the holes are formed, the influence of the magnetic field generated from the permanent magnet can be minimized, and the power transmission efficiency can be maximized.
특히, 페라이트 소재는 금속 소재에 비하여 저렴하며, 신뢰성이 높다. 또한, 금속 소재가 NFC용 주파수 대역에서 낮은 투자율과 높은 손실률을 보이는데 반해, 페라이트 소재는 NFC용 주파수 대역에서 높은 투자율과 낮은 손실률을 보인다.In particular, ferrite materials are cheaper than metal materials and have high reliability. In addition, the ferrite material exhibits high magnetic permeability and low loss rate in the NFC frequency band, while the metal material exhibits low permeability and high loss ratio in the NFC frequency band.
이에 따라, 페라이트 소재의 연자성층이 영구 자석으로부터 받는 영향을 줄임으로써, NFC 성능과 WPC 성능을 동시에 충족할 수 있는 연자성층을 얻을 수 있다.Thus, by reducing the influence of the ferrite-based soft magnetic layer on the permanent magnet, a soft magnetic layer capable of satisfying NFC performance and WPC performance can be obtained at the same time.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 연자성층을 포함하는 무선 전력 수신 장치를 이용한 무선 충전 방법을 설명한다.Hereinafter, a wireless charging method using a wireless power receiving apparatus including a soft magnetic layer according to an embodiment of the present invention will be described.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 무선 충전 방법을 나타내는 순서도이다.11 is a flowchart showing a wireless charging method of a wireless power receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 11을 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(S1100).11, the wireless power receiving apparatus 200 allows a magnetic field, which is generated from the permanent magnet 130 of the wireless power transmission apparatus 100, to pass through a hole formed in the soft magnetic layer 210 (S1100).
다음으로, 홀을 통과한 자기장을 연자성층(210)에 부착된 리본(900)을 이용하여 집속한다(S1110). 이에 따라, 자기장은 리본(900)의 평면 방향을 따라 흐른 후, 무선 전력 송신 장치(100)의 연자성 코어(110)로 향하는 자로를 형성한다.Next, the magnetic field passing through the holes is concentrated using the ribbon 900 attached to the soft magnetic layer 210 (S1110). Accordingly, the magnetic field flows along the planar direction of the ribbon 900, and then forms a magnetic path to the soft magnetic core 110 of the wireless power transmission device 100.
그리고, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 안테나(220)는 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 안테나(120)로부터 방사된 전자기 에너지를 수집한다(S1120). 그리고, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 회로는 수신 안테나(220)가 수집한 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하며(S1130), 변환한 전기 에너지를 이용하여 충전한다(S1140).The receiving antenna 220 of the wireless power receiving apparatus 200 collects the electromagnetic energy radiated from the transmitting antenna 120 of the wireless power transmitting apparatus 100 (S1120). The receiving circuit of the wireless power receiving apparatus 200 converts the electromagnetic energy collected by the receiving antenna 220 into electrical energy (S1130), and charges the electrical energy using the converted electrical energy (S1140).
이와 같이, 영구 자석으로부터 나온 자기장을 무선 전력 수신 장치의 연자성층에 형성된 홀을 통하여 통과시킨 후, 리본을 따라 흐르게 함으로써, 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.As described above, the magnetic field from the permanent magnet is passed through the hole formed in the soft magnetic layer of the wireless power receiver, and then flows along the ribbon, thereby preventing the magnetic field from being transmitted through the plane direction of the soft magnetic layer, Saturation can be prevented. Thus, the power transmission efficiency from the transmitting antenna to the receiving antenna can be increased.
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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
200: 무선 전력 수신 장치
210: 연자성층
220: 수신 안테나
230: NFC 코일
600: 홀
900: 리본
200: Wireless power receiving device
210: soft magnetic layer
220: receiving antenna
230: NFC coil
600: hole
900: Ribbon

Claims (6)

  1. 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    기판,
    상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어진 제1 연자성층,
    상기 제1 연자성층 상에 적층되며, 연자성 소재로 이루어지고, 홀(hole)을 포함하는 제2 연자성층,
    상기 제2 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 수신 안테나,
    상기 수신 안테나와 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부, 그리고
    상기 전기 에너지를 충전하는 배터리
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
    1. A wireless power receiving apparatus for wirelessly charging power, comprising:
    Board,
    A first soft magnetic layer formed on the substrate and made of a soft magnetic material,
    A second soft magnetic layer laminated on the first soft magnetic layer and made of a soft magnetic material and including a hole,
    A receiving antenna that is stacked on the second soft magnetic layer and receives electromagnetic energy radiated from the wireless power transmission device,
    A circuit unit connected to the reception antenna and converting the electromagnetic energy into electric energy, and
    A battery for charging the electric energy
    And the wireless power receiving device.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연자성층의 투자율은 상기 제2 연자성층의 투자율보다 높은 무선 전력 수신 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the magnetic permeability of the first soft magnetic layer is higher than that of the second soft magnetic layer.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연자성층과 상기 제2 연자성층은 절연 소재의 접착 시트로 부착되는 무선 전력 수신 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the first soft magnetic layer and the second soft magnetic layer are attached as an adhesive sheet of an insulating material.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연자성층은 페라이트 소재로 이루어지며,
    상기 제2 연자성층 상에 적층되며, 상기 수신 안테나를 둘러싸는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)용 안테나를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the second soft magnetic layer is made of a ferrite material,
    And a near field communication (NFC) antenna stacked on the second soft magnetic layer and surrounding the receiving antenna.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연자성층은 열처리된 비정질 리본으로 이루어지는 무선 전력 수신 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the first soft magnetic layer comprises a heat-treated amorphous ribbon.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연자성층에는 적어도 하나의 크랙(crack)이 형성되는 무선 전력 수신 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein at least one crack is formed in the first soft magnetic layer.
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