KR101581934B1 - 적층 일체형의 무선충전용 코일 - Google Patents

적층 일체형의 무선충전용 코일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트폰 뒤 커버 케이스에 장착되어 무선충전용으로 이용되는 코일에 관한 것으로서, 무선충전용 코일을 멀티 레이어(multi layer)로 적층하여 중첩가공함으로써 전류특성이 우수하고 충전 효율을 90%/hr 이상 가능하도록 하며, 두께를 0.35mm 이하로 제조할 수 있는 적층 일체형의 무선충전용 코일에 관한 것이다.

Description

적층 일체형의 무선충전용 코일{COIL FOR CORDLESS CHARGING WITH MULTIPLE LAYER}
본 발명은 스마트폰 뒤 커버 케이스 및 배터리에 장착되어 무선충전용으로 이용되는 코일에 관한 것으로서, 무선충전용 코일을 멀티 레이어(multi layer)로 적층하여 대칭으로 중첩가공함으로써 제1의 코일은 시계방향으로 권선되고 제2의 코일은 시계반대방향으로 권선되는 형상으로 제2의 코일 상단부와 하단부에 페라이트 시트(ferrite sheet)를 부착하여 제2의 권선코일을 페라이트 시트(ferrite sheet)로 감싼 형태로 하여 특성이 페라이트 시트를 감싸지 않은 코일대비 30%이상 인덕턴스 값이 보상되어 전류특성이 우수하고 충전 효율을 90%/hr 이상 가능하도록 하며, 제1의 코일은 TX 코일과 자기유도를 위하여 상단부는 코일상태를 유지하며 두께를 0.35mm 이하로 제조할 수 있는 적층 일체형의 무선충전용 코일에 관한 것이다.
무선충전 기술은 전기에너지를 무선전송이 가능한 전자기파로 변환시켜서 전달하는 전력전송시스템으로서, 전원 케이블을 연결하지 않아도 배터리를 탑재한 각종 전기전자 기기를 충전할 수 있는 기술이다.
구현방법에 따라 크게 전자기유도(electromagnetic inductive coupling method) 방식, 근거리전송(electromagnetic radiation)방식, 자기공명(Resonant Magnetic Coupling)방식, 전자기파(Microwave)방식으로 나눌 수 있다. 그 중에서도 상용화되어 표준화까지 이뤄진 '전자기 유도 방식'과 상용화와 표준화가 준비중인 '자기공명 방식'이 업계에서 가장 주목을 받고 있다.
도 1은 전자기 유도 방식에 의한 무선충전의 원리를 보인 것으로서, 충전패드에 전원을 연결하면 코일에서 전자기장이 발생(①)하고, 전자기 유도현상에 따라 전력수신기가 유도전류를 받아들여 배터리를 충전(②)하게 된다.
본 발명은 이와 같은 무선충전 기술에 적용되는 것으로서, 더욱 구체적으로는 스마트폰 뒤 커버 케이스 및 스마트폰 배터리에 부착되는 무선 충전용 코일에 관한 것이다.
스마트폰 용 무선충전기는 TRANSCEIVER와 RECEIVER로 구분되며 RECEIVER 코일은 도 2에 도시된 바와 같이, 스마트폰 뒤 커버 케이스에 부착하여 사용하고 있으며 완제품 두께가 0.45mm로 가공이 되어야 한다.
기존 RECEIVER 코일은 생산 원가가 높고, 품질이 불안정하며 전류특성이 낮아 충전시에 발생하는 열로 인하여 충전효율이 떨어질 뿐 아니라, 충전시간이 3시간 30분을 초과하여 산업적으로 이용가능성이 많이 떨어지는 문제가 있었다.
본 출원인은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 전류 특성이 우수하고 무선충전의 문제점인 충전효율을 90%/hr 이상 가능하도록 하여 충전시간의 단축을 꾀할 수 있고, 또한 두께가 0.35mm 이하로 유지될 수 있도록 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일을 제공하고자 한다.
대한민국 공개특허 10-2014-0146530(공개일자 2014.12.26) 대한민국 공개특허 10-2015-0047085(공개일자 2015.05.04)
본 발명은 0.08mm 두께의 구리 판재를 에칭(etching), 프레스(press), 와이어 커팅(wire cutting)등의 방법으로 가공하여 제조된 무선충전용 코일을 적층구조(multi layer)로 대칭으로 중첩 가공함으로써 전류특성이 우수하고, 충전효율을 90%/hr 이상 가능하도록 하며, 전체 두께가 0.35mm 이하로 유지될 수 있도록 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 제1 무선충전용 코일과,
상기 제1 무선충전용 코일 하부에 적층되는 제1 페라이트 시트(Ferrite sheet)와,
상기 제1 페라이트 시트(Ferrite sheet) 하부에 적층되는 제2 무선충전용 코일과,
상기 제2 무선충전용 코일 하부에 적층되는 제2 페라이트 시트(Ferrite sheet)가 일체 구조를 이루되,
상기 제1 무선충전용 코일과 제2 무선충전용 코일의 스타트 지점이 상호 스폿웰딩(Spot welding) 되어 이루어진 적층 일체형의 무선충전용 코일을 제공한다.
본 발명에 따른 무선충전용 코일은 멀티 레이어(multi layer)로 적층하여 대칭으로 중첩가공 함으로써 제1 무선충전용 코일은 시계방향으로 권선되고 제2 무선충전용 코일은 시계반대방향으로 권선된 형태로 제1 무선충전용 코일 하부에 페라이트 시트(Ferrite sheet)로 절연 및 노이즈차폐와 인덕턴스 값을 보상하고 제2 무선충전용 코일 하부에도 페라이트 시트(Ferrite sheet)를 부착함으로 제2 무선충전용 코일을 페라이트 시트(Ferrite sheet)가 감싸는 형태로 가공함으로 전류특성이 우수하고, 충전시 발생하는 열 발생을 최소화하여 충전효율이 90%/hr 이상 가능하여 단시간 내에 완충할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 두께를 0.35mm 이하로 제조 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은 무선충전의 원리를 보인 개념도
도 2는 기존 무선충전용 코일이 부착된 상태를 보인 사진.
도 3은 본 발명에 따른 적층 일체형의 무선충전용 코일의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 적층 일체형의 무선충전용 코일의 사시도.
이하, 상기의 기술 구성의 구체적인 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.
무선충전 기술에 있어, 전자기 유도 방식은 전기를 보내는 1차 모듈(충전기)과 전기를 받아야 하는 2차 모듈(단말기) 사이에 자기장을 유도하여 전기를 발생시켜 충전하는 방식을 말한다.
본 발명에 따른 적층 일체형의 무선충전용 코일은 도 2에 도시된 바와 같이 스마트 폰 뒤 커버 케이스 및 배터리에 장착되어 전자기 유도 방식에 의한 무선충전에 이용된다.
본 발명에 따른 적층 일체형의 무선충전용 코일(1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 무선충전용 코일(10)과,
상기 제1 무선충전용 코일(10) 하부에 적층되는 제1 페라이트 시트(20)과,
상기 제1 페라이트 시트(20) 하부에 적층되는 제2 무선충전용 코일(30)과,
상기 제2 무선충전용 코일(30) 하부에 적층되는 제2 페라이트 시트(40)가 일체 구조를 이루되,
상기 제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)의 스타트 지점이 상호 대칭으로 스폿웰딩(Spot welding)되어 이루어진다.
상기 제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)은 원형 형태 또는 각진 형태의 코일로서 두께가 0.05~0.08mm이고, 권선수가 평면으로 보기에는 8~10턴으로 보이나, 제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)이 서로 대칭으로 이루어져 있어 실제로는 코일 권선수가 16~20턴으로 이루어진 코일이다.
상기 제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)의 재질은 동합금으로 이루어지되, 탄성을 가진 순동이 포함하고 있어 코일 가공성이 뛰어나다.
동은 높은 전기전도도로 인하여 도전재료로 이전부터 많이 사용되고 있는 소재이다. 전자산업, 정보통신 산업의 비약적인 발달로 인해 고전도도와 고강도 특성을 동시에 갖는 소재의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
합금원소를 이용한 재료강화법은 매우 뛰어난 강도를 갖으나, 연신율 및 전기전도도를 크게 저하시킨다. 그리고 강도적인 측면만 고려하여 합금을 개발하였을 경우에는 연신율이 감소하여 성형이 용이하지 않는 단점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 전기전도도의 감소를 최소화하면서 강도 및 인성을 증가시킬 수 있도록 하기 위해, 도전성 순동인 인탈산동을 96wt% 이상 함유하는 코일용 동합금을 제공한다.
상기 인탈산동의 화학조성은 Cu 함량이 99.9wt%이며, Sn 0.002wt%, Pb 0.017wt%, Bi(ppm) <1ppm, Fe(ppm) 1ppm, P 0.02wt%, S 0.001wt%로 이루어진다.
더욱 상세히는 Ni 1.0~3.0wt%, Si 0.15~1.0wt%와, 잔부가 인탈산동으로 이루어진 동합금을 이용한다.
상기 페라이트 시트(Ferrite sheet)(20, 40)는 산화물자성재료로서, 자발자성 특성을 갖는 ferrite를 필름 형태로 가공한 것으로서, 0.05~0.1mm의 두께를 갖는다.
상기 페라이트 시트는 마그네슘 페라이트 시트로서, MgO 15~24wt%와 Fe2O2 76~85wt%를 알루미나 볼을 이용하여 24시간 혼합한 후, 혼합분말을 100℃에서 2~3시간 동안 건조하고, 건조된 혼합분말을 알루미나 도가니에 넣어 1,000~1,400℃의 온도로 산화분위기에서 소결된 마그네슘 페라이트 분말을 이용하여 0.06~0.1mm의 두께의 시트로 제조되어 전자파 흡수기능성이 뛰어나다는 장점을 갖는다.
상기 페라이트 시트(Ferrite sheet)(20, 40)의 양면에는 제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)과의 접착을 위한 접착제가 도포되며,
상기 접착제는 폴리올(Polyol) 42~55wt%와,
경화제(Hardener) 44~57wt%와,
접착증진제인 AMS(3-aminopropyltrimethoxy silane) 0.5~1.2wt%를 35~45℃에서 1~3시간 동안 교반혼합하여 제조된 것임을 특징으로 한다.
상기 접착제의 구체적인 제조예는 폴리올(Polyol) 50g과, butanon oxime으로 NCO기를 blocking 시킨 폴리우레탄(PU) 경화제 49g과, AMS(3-aminopropyltrimethoxy silane)인 접착증진제 1g을 40℃에서 1시간 동안 교반하여 제조한다.
이상의 기술 구성을 갖는 적층 일체형의 무선충전용 코일(1)은 스마트폰 뒤 커버 케이스 및 배터리에 부착되는 것으로서, 그 두께가 일정 범위를 초과하게 되는 경우에는 뒤 커버가 부풀어 오르기 때문에 일정 범위를 초과하지 않는 범위 내에서 두께를 유지하여야 한다.
따라서 본 발명에서는 상기 적층 일체형의 무선충전용 코일(1)의 적층 두께는 0.35mm 이하이며, 이와 같은 두께를 충족하기 위하여 제1코일(10)과 제2코일(30), 페라이트 시트(Ferrite sheet)(20, 40)의 최대 두께범위에 한정을 두고 있다.
본 발명에 따른 적층 일체형의 무선충전용 코일은 무선 충전효율을 90%/hr 이상 가능하여 기존 방식에 비해 완충에 소요되는 시간을 단축시켜 주며, 또한 두께를 0.35mm 이하로 제조할 수 있어 스마트 폰 등 전자기기에 사용하기에 적합하여 산업상 이용가능성이 크다.
1 : 적층 일체형의 무선충전용 코일
10: 제1 무선충전용 코일
20: 제1 페라이트 시트
30: 제2 무선충전용 코일
40: 제2 페라이트 시트

Claims (5)

  1. 제1 무선충전용 코일(10)과,
    상기 제1 무선충전용 코일(10) 하부에 적층되는 제1 페라이트 시트(20)과,
    상기 제1 페라이트 시트(20) 하부에 적층되는 제2 무선충전용 코일(30)과,
    상기 제2 무선충전용 코일(30) 하부에 적층되는 제2 페라이트 시트(40)가 일체 구조를 이루되,
    상기 제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)의 스타트 지점이 상호 대칭으로 스폿웰딩(Spot welding)되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 무선충전용 코일(10)과 제2 무선충전용 코일(30)은 두께가 0.05~0.08mm이고, 평면상으로 권선수가 8~10턴으로 보이나, 제1 무선충전용 코일(10)은 시계방향으로 권선되고, 제2 무선충전용 코일(30)은 시계 반대방향으로 권선되어 대칭 적층으로 실제 권선수가 16~20턴인 원형 형태 또는 각진 형태로 권선된 코일임을 특징으로 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일.
  3. 청구항 1에 있어서,
    무선충전용 코일(10, 30)은 Ni 1.0~3.0wt%, Si 0.15~1.0wt%와, 잔부가 인탈산동으로 이루어진 동합금으로 이루어지며,
    상기 인탈산동은 Cu 99.9wt%, Sn 0.002wt%, Pb 0.017wt%, Bi(ppm) <1ppm, Fe(ppm) 1ppm, P 0.02wt%, S 0.001wt%의 화학조성을 갖는 것임을 특징으로 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일.
  4. 청구항 1에 있어서,
    페라이트 시트(Ferrite sheet)(20, 40)는 MgO 15~24wt%와 Fe2O2 76~85wt%를 알루미나 볼을 이용하여 24시간 혼합한 후, 혼합분말을 100℃에서 2~3시간 동안 건조하고, 건조된 혼합분말을 알루미나 도가니에 넣어 1,000~1,400℃의 온도로 산화분위기에서 소결된 마그네슘 페라이트 분말을 이용하여 0.06~0.1mm의 두께의 시트로 제조된 것임을 특징으로 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일.
  5. 청구항 1에 있어서,
    페라이트 시트(Ferrite sheet)(20, 40)의 양면에는 접착제가 도포되며,
    상기 접착제는 폴리올(Polyol) 42~55wt%와,
    경화제(Hardener) 44~57wt%와,
    접착증진제인 AMS(3-aminopropyltrimethoxy silane) 0.5~1.2wt%를 35~45℃에서 1~3시간 동안 교반혼합하여 제조된 것임을 특징으로 하는 적층 일체형의 무선충전용 코일.



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