KR101578863B1 - 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동일 두께에서도 권선 수를 증가시킬 수 있고, 조립 공정을 단순화 시킬 수 있는 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법에 관한 것으로, 에나멜 동선의 양측에서 권선되어 적층된 제 1 코일층부과 제 2 코일층부를 구비하고, 코일의 양단이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되며, 상기 제 1 코일층부는 상기 에나멜 동선의 일측에서 반 시계 방향으로 권선되고, 상기 제 2 코일층부는 상기 에나멜 동선의 타측에서 시계 방향으로 권선된 것이다.

Description

무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법 {COILS FOR WIRELESS POWER COMMUNICATION AND METHOD FOR REELING COILS}
본 발명은 무선 전력 통신용 코일에 관한 것으로, 특히 전력 수신 및 송신 장치에 적용하기에 적당한 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법에 관한 것이다.
스마트폰을 포함하는 이동통신단말, PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 휴대형 전자기기에는 충전 가능한 이차전지 셀을 내장한 배터리가 장착된다. 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 가정용 상용 교류 전원을 적절한 전압으로 조정하여 배터리에 공급하는 별도의 충전장치가 필요하다.
이 충전장치와 배터리에는 각각 별도의 접촉단자가 구비되어 두 접촉단자를 서로 접속시키는 조작에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결하게 된다. 그러나 이와 같이 접촉단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다.
또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다. 또한, 충전장치와 배터리를 접촉하거나 분리할 경우, 양측 접촉단자들의 서로 다른 전위차에 의해 순간 방전현상이 발생하고, 이로써 양측 접촉단자들에는 접점 이물질이 쌓이면 발열에 의한 화재가 발생할 수 있는 우려가 있다.
이러한 단자공급방식의 문제점을 해결하기 위하여, 무접점 충전장치가 개발되어 있는바, 이러한 무접점 충전장치는 무접점 충전장치의 1차코일의 상부로, 충전하고자 하는 배터리가 내재된 휴대용 단말기를 위치시키면, 배터리의 내부에 있는 2차코일에 의하여 충전이 된다. 즉, 1차코일에서 발생하는 자기장에 의해 2차코일에서는 유도기전력으로부터 유도되는 전기를 충전하는 것이다. 그러나 이러한 종래의 무접점 충전장치는 휴대형 전자기기의 배터리 내부에 2차코일이 있는 경우에만 전기를 충전할 수 있었다.
도 1은 일반적인 무접점 충전장치의 개략적인 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 일반적인 무접점 충전장치는, 전력 공급 장치(100)와, 배터리를 충전시키 위해 전력공급 장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받는 전력 수신 장치(200)를 포함한다.
상기 전력 공급 장치(100)는 외부 전원으로부터 전기에너지를 공급받아 전력 수신 장치(200)에 공급할 충전 전력을 생성하는 장치이다. 상기 전력 공급 장치(100)는 상기 전력 수신 장치(200)가 쉽게 안착 될 수 있도록 패드 형태로 형성될 수 있다. 상기 전력 공급 장치(100)에 공급되는 외부 전원으로서는 상용 교류 전원(60Hz, 220V/100V), 또는 직류 전원이 채용될 수 있다.
상기 전력 수신 장치(200)는, 배터리가 내장된 배터리팩이나, 배터리를 내장하고 있는 휴대용 전자기기를 포함한다. 또한, 상기 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 구비한다. 상기 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 유도전류를 유기하게 된다.
상기 전력 공급 장치(100)는 1차 코일(110)을 구동하여 자기장을 생성하기 위한 충전전력 공급회로(150)를 내장한다. 상기 전력 수신 장치(200)는 2차 코일(210)에 의해 유기되는 유도 기전력을 이용하여 배터리를 충전시키는 충전 회로(250)를 내장한다.
도 2는 종래의 전력 수신 장치의 코일을 도시한 것이다.
종래의 전력 수신 장치의 코일(1)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 양단(1a, 1b)을 가지며, 권선된 형태로 형성된다.
상기 코일(1)에는 중심 부분에 중공부(1c)가 형성되고, 코일의 일단(1a)은 권선부의 최외곽에서 돌출되고 코일의 타탄(1b)은 중공부(1c)쪽에서 외곽으로 연장되어 권선부와 중첩된다.
이와 같은 코일(1)의 타단(1b)이 권선부와 중첩되므로 코일(1)의 전체 두께는 코일용 전선의 두께의 2배가 되고, 상기 코일(10)을 전력 수신 장치의 PCB 기판에 실장하게 되면, 상기 코일의 두께 때문에 전력 수신 장치의 두께도 두꺼워지는 문제점이 있다.
물론, 상기 PCB 기판에 상기 코일(1)의 타단(1b)이 함몰될 수 있도록 상기 PCB 기판에 오목부를 형성하면 전력 수신 장치의 두께를 줄일 수 있으나, 조립 공정이 복잡해 지고 가격 상승의 원인이 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코일을 2개의 층으로 형성하고 코일의 양단이 모두 코일의 외곽에서 돌출되도록 하여 동일 두께에서도 권선 수를 증가시킬 수 있고, 조립 공정을 단순화 시킬 수 있는 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일은, 에나멜 동선의 양측에서 권선되어 적층된 제 1 코일층부과 제 2 코일층부를 구비하고, 코일의 양단이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출됨에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 코일층부는 상기 에나멜 동선의 일측에서 반 시계 방향으로 권선되고, 상기 제 2 코일층부는 상기 에나멜 동선의 타측에서 시계 방향으로 권선되어 상기 제 1 코일층부와 제 2 코일층부가 중첩되어 서로 접착됨을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 코일층부는 원형, 타원형 또는 사각형 모양으로 권선됨을 특징으로 한다.
상기 에나멜 동선은 하나의 에나멜 동선, 적어도 2개의 에나멜 동선, 복수개의 에나멜 동선이 꼬여진 것 하나의 에나멜 동선 및 복수개의 에나멜 동선이 꼬여진 것 적어도 2개의 에나멜 동선 중 하나임을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일의 권선 방법은, 에나멜 동선의 양측에서 권선되어 적층된 제 1 코일층부과 제 2 코일층부를 구비하고, 코일의 양단이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되도하고, 상기 제 1 코일층부는 상기 에나멜 동선의 일측에서 반 시계 방향으로 권선하고, 상기 제 2 코일층부는 상기 에나멜 동선의 타측에서 시계 방향으로 권선하여 상기 제 1 코일층부와 제 2 코일층부가 중첩되도록 접착함에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 코일층부는 원형, 타원형 또는 사각형 모양으로 권선함을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법은 코일을 2개의 층으로 형성하고 코일의 양단이 모두 코일의 외곽에서 돌출되도록 하여 동일 두께의 동선을 이용하더라도 권선 수가 2배 이상 증가시킬 수 있으므로, 전력 송신 및 수신 장치에서 전력을 2배 이상 송신 및 수신할 수 있다. 따라서 빠른 무선 충전이 가능하다.
둘째, PCB 기판에 상기 코일의 타단이 함몰될 수 있도록 상기 PCB 기판에 오목부를 형성할 필요가 없으므로 조립 공정이 간단해 지고 더불어 생산 단가를 낮출 수 있다.
셋째, 전력 송신 및 수신 장치에서, 배터리의 외형과 같은 사각형 모양으로 코일이 형성될 수 있으므로 전력 송수신 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 무접점 충전장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 종래의 전력 수신 장치의 코일을 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일의 권선 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일 및 코일 권선 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일의 권선 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
본 발명에 따른 무선 전력 통신용 코일의 권선 방법은, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 하나의 에나멜 동선(30)의 양측에 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)의 2개의 층을 형성하고, 코일의 양단(40, 50)이 모두 코일의 외곽에서 돌출되도록 한 것이다.
즉, 제 1 코일층부(10)는 상기 에나멜 동선(30)의 일측에서 반 시계 방향으로 권선되고, 제 2 코일층부(20)는 상기 에나멜 동선(30)의 타측에서 시계 방향으로 권선되어 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)가 중첩되어 서로 접착된 것이다.
상기 에나멜 동선(30)은 동선의 외부 표면에 에나멜 절연체가 코팅되고, 상기 에나멜 절연체의 외부 표면에 접착제가 코팅된 구조를 갖는다. 물론, 상기 동선은 동 뿐만아니라 동 합금, 은, 금 및 기타 전도성이 우수한 금속선으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 편의상 에나멜 동선으로 표현한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이며, 도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일의 사시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일은, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)가 사각형 모양으로 권선된 것이다.
즉, 상술한 바와 같이, 하나의 에나멜 동선(30)의 양측에서 권선되어 서로 적층된 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)를 구비하고, 코일의 양단(40, 50)이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되도록 한 것이다. 이 때 상기 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)는 사각형 모양(바람직하게는 충전용 밧데리의 외형과 같이 직사각형 모양)으로 권선된다.
상기 제 1 코일층부(10)는 상기 에나멜 동선(30)의 일측에서 시계 방향으로 권선되고, 제 2 코일층부(20)는 상기 에나멜 동선(30)의 타측에서 반 시계 방향으로 권선되어 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)가 중첩되어 서로 접착된 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일은, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)가 원형 또는 타원형 모양으로 권선된 것이다.
즉, 상술한 바와 같이, 하나의 에나멜 동선(30)의 양측에서 권선되어 서로 적층된 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)를 구비하고, 코일의 양단(40, 50)이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되도록 한 것이다. 이 때 상기 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)는 원형 모양으로 권선된다. 도 6에서는 제 1 및 제 2 코일층부가 원형으로 도시되었으나, 타원형 모양으로 권선될 수 있다.
상기 제 1 코일층부(10)는 상기 에나멜 동선(30)의 일측에서 반 시계 방향으로 권선되고, 제 2 코일층부(20)는 상기 에나멜 동선(30)의 타측에서 시계 방향으로 권선되어 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)가 중첩되어 서로 접착된 것이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일은, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 에나멜 동선(30)이 적어도 2가닥 이상으로 구성되어, 상기 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)가 원형, 타원형 또는 사각형 모양으로 권선된 것이다.
즉, 도 7과 같이 상기 적어도 2가닥 이상의 에나멜 동선(30) 양측에서 권선되어 서로 적층된 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)를 구비하고, 코일의 양단(40, 50)이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되도록 한 것이다.
이 때, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)가 원형, 타원형 또는 사각형 모양으로 권선 될 수 있다.
상기 제 1 코일층부(10)는 상기 에나멜 동선(30)의 일측에서 반 시계 방향으로 권선되고, 제 2 코일층부(20)는 상기 에나멜 동선(30)의 타측에서 시계 방향으로 권선되어 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)가 중첩되어 서로 접착된 것이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일은, 도 8에 도시한 바와 같이, 적어도 2개 이상의 에나멜 동선(30)이 서로 꼬이고, 꼬여진 하나의 에나멜 동선(30)의 양측에서 권선되어 서로 적층된 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)를 구비하고, 코일의 양단(40, 50)이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되도록 한 것이다.
도 8에서는 상기 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)가 원형(타원형) 모양으로 형성됨을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 5와 같이 사각형 모양으로 형성될 수 있다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 무선 전력 통신용 코일은, 도 9에 도시한 바와 같이, 적어도 2개 이상의 에나멜 동선(30)이 서로 꼬이고, 꼬여진 2개 이상의 에나멜 동선(30)의 양측에서 권선되어 서로 적층된 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)를 구비하고, 코일의 양단(40, 50)이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되도록 한 것이다.
도 9에서는 상기 제 1 코일층부(10)와 제 2 코일층부(20)가 원형(타원형) 모양으로 형성됨을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 5와 같이 사각형 모양으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 에나멜 동선(30)이 일체로 구성되고, 제 1 및 제 2 코일층부(10, 20)가 적층된 구조를 갖으며, 코일의 양단(40, 50)이 코일의 외곽에서 돌출되므로 종래와 동일한 두께로 코일을 형성하면서 권선 수를 증가시킬 수 있으며, 조립 공정을 보다 쉽게 할 수 있다.
또한, 전력 송신 및 수신 장치에서, 배터리의 외형과 같은 사각형 모양으로 코일이 형성될 수 있으므로 전력 송수신 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 제 1 코일층부 20: 제 2 코일층부
30: 에나멜 동선 40, 50: 양단

Claims (6)

  1. 에나멜 동선의 일측에서 반시계방향으로 권선된 제 1 코일층부와 상기 에나멜 동선의 타측에서 시계방향으로 권선된 제 2 코일층부를 구비하고, 상기 제 1 코일층부와 제 2 코일층부가 중첩되어 서로 접착되고, 코일의 양단이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되고, 상기 제 1 코일층부와 제 2 코일층부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 통신용 코일.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코일층부는 원형, 타원형 또는 사각형 모양으로 권선됨을 특징으로 하는 무선 전력 통신용 코일.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에나멜 동선은 적어도 1개인 에나멜 동선이거나, 복수개의 꼬여진 에나멜 동선이 적어도 1개인 것을 특징으로 하는 무선 전력 통신용 코일.
  5. 에나멜 동선의 일측에서 반시계방향으로 권선된 제 1 코일층부와 상기 에나멜 동선의 타측에서 시계방향으로 권선된 제 2 코일층부를 구비하고, 상기 제 1 코일층부와 제 2 코일층부가 중첩되어 서로 접착되고, 코일의 양단이 상기 제 1 및 제 2 코일층부의 외곽에서 돌출되고, 상기 제 1 코일층부와 제 2 코일층부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 통신용 코일 권선 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코일층부는 원형, 타원형 또는 사각형 모양으로 권선함을 특징으로 하는 무선 전력 통신용 코일 권선 방법.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
무선 전력 전송용 high-Q 스파이럴 영차 공진기(한국전자파학회논문지 제23권제3호, 박병철 외2인, 페이지343-354, 2012.3월 발행)

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