KR101890326B1 - 무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리 - Google Patents
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Abstract
무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 무선전력 전송모듈은 평판형 코일로 이루어진 적어도 하나의 무선전력 전송용 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛;을 포함하고, 상기 무선전력 전송용 안테나는, 일정 길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선된 몸체; 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측으로 연장되는 제1리드부와, 상기 제1리드부의 단부에 구비되는 제1단자부를 포함하는 제1길이부; 및 상기 몸체의 측부로부터 외측으로 연장되는 제2 리드부와, 상기 제2 리드부의 단부에 구비되는 제2단자부를 포함하는 제2길이부;를 포함하되, 상기 제1리드부는 적어도 일부가 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되는 제1부분을 포함하며, 상기 제1부분은 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
Description
본 발명은 무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선전력 전송모듈의 전체두께를 줄일 수 있는 무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리에 관한 것이다.
휴대 단말기는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈과, 상기 무선전력 수신모듈에 전력을 공급하는 무선전력 송신모듈에 의해 이루어진다.
한편, 최근 휴대 단말기는 경박단소형화됨에 따라 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈의 두께 역시 얇아지고 있으며, 심지어 무선전력 수신모듈의 전체두께를 2mm 이하로 설계해야 하는 경우도 발생한다.
그러나, 무선전력 수신모듈의 두께를 2mm 이하로 설계하는 경우 무선 충전 방식에서 요구하는 특성을 구현하는데 상당한 어려움이 따르고 있다. 즉, 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 여러 개의 안테나를 포함하는 경우 해당 안테나의 성능을 향상시키기 위해서는 차폐유닛 역시 서로 다른 특성을 갖는 시트를 사용할 필요가 있다. 이에 따라, 차폐유닛이 복수 개의 시트층으로 구성될 수밖에 없어 차폐유닛의 전체적인 두께를 줄이는 데는 한계가 있었다.
결과적으로, 무선전력 수신모듈의 두께를 2mm 이하로 줄이기 위해서는 차폐유닛의 두께 이외에 안테나유닛의 두께를 줄일 필요가 있다.
그러나, 안테나가 평판형 코일로 구성되는 경우 전기적인 연결을 위한 리드부가 평판형코일의 일면 상으로 중첩될 수밖에 없기 때문에 안테나유닛의 두께를 줄이는데 한계가 있다.
즉, 안테나가 평판형 코일로 구성되는 경우 평판형 코일의 몸체와 리드부가 서로 중첩됨에 따라 전체두께는 코일 선경의 두 배가 되며, 결과적으로 무선전력 수신모듈의 총 두께는 2mm 이상을 갖게 된다. 따라서, 무선전력 전송모듈의 일환인 무선전력 수신모듈의 전체두께를 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다.
한편, 휴대 단말기의 전력 사용량이 증가함에 따라 휴대 단말기의 배터리 사용 시간을 증가시키기 위한 방법으로 보조배터리가 생산되어 판매되고 있다.
그러나, 대부분의 휴대용 보조배터리는 별도의 충전케이블을 이용하여 휴대용 단말기의 배터리를 충전하거나 자체 전원을 충전시키는 방법을 사용하기 때문에 별도의 충전케이블을 항상 휴대해야 하는 번거로움이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 무선전력 전송모듈의 사이즈를 줄이지 않으면서도 무선전력 전송모듈의 전체두께를 2mm 이하로 설계할 수 있는 무선전력 전송모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전 방식을 이용하여 충전 또는 방전을 수행할 수 있음으로써 간편하게 휴대용 전자기기의 배터리를 충전하거나 자체 전원을 충전할 수 있는 휴대용 보조배터리를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 평판형 코일로 이루어진 적어도 하나의 무선전력 전송용 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛;을 포함하고, 상기 무선전력 전송용 안테나는, 일정 길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선된 몸체; 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측으로 연장되는 제1리드부와, 상기 제1리드부의 단부에 구비되는 제1단자부를 포함하는 제1길이부; 및 상기 몸체의 측부로부터 외측으로 연장되는 제2 리드부와, 상기 제2 리드부의 단부에 구비되는 제2단자부를 포함하는 제2길이부;를 포함하되, 상기 제1리드부는 적어도 일부가 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되는 제1부분을 포함하며, 상기 제1부분은 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖는 무선전력 전송모듈을 제공한다.
또한, 상기 제1부분은 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측까지 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되고, 상기 제1리드부는 상기 제1부분의 단부로부터 외측으로 일정길이 연장되는 제2부분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1길이부는 상기 제1부분에 해당하는 길이만을 가압하여 상기 제1부분이 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1길이부는 상기 몸체의 일면에 상기 제1부분이 중첩되도록 배치된 후 상기 제1부분 및 몸체를 동시에 가압하여 상기 제1부분이 상기 제 1 부분이 중첩되지 않은 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖는 무선전력 전송모듈.
또한, 상기 제1부분과 대응되는 몸체의 일면에는 일정깊이 함몰형성되는 안착홈이 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1부분은 단면이 장축과 단축을 갖는 타원형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95% 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
또한, 상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압되고, 상기 제1부분과 대응되는 영역에 해당하는 몸체를 구성하는 도전성부재는 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
또한, 상기 차폐유닛은 상기 제1길이부와 대응되는 영역에 상기 제1길이부를 배치하기 위한 수용부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 수용부는 상기 차폐유닛의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈일 수 있다.
또한, 상기 수용부는 상기 차폐유닛의 테두리로부터 내측으로 일정길이 절개형성되는 절개부로 구비될 수 있다.
또한, 상기 안테나유닛은 MST 안테나 및 NFC 안테나 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리로서, 충전기기로부터 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있도록 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 상기 배터리의 일면에 배치되는 수신부; 및 상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시킬 수 있도록 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리의 타면에 배치되는 송신부;를 포함할 수 있다.
다른 실시예로써, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리로서, 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 충전기기로부터 송출되는 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 수신부; 및 상기 배터리에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 휴대용 전자기기 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로써, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리로서, 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시키는 송신부; 및 충전기기에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 상기 배터리 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 평판형 코일의 몸체와 중첩되는 제1리드부 두께를 제 1 리드부와 중첩되지 않으면서 몸체를 구성하는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖도록 함으로써 무선전력 전송모듈의 사이즈를 줄이지 않으면서도 박형화를 구현할 수 있다. 이로 인해, 무선전력 전송모듈의 총 두께를 매우 얇은 두께, 심지어 2mm 이하로 설계할 수 있다.
또한, 본 발명의 휴대용 보조배터리에 의하면, 무선방식을 통하여 간편하게 자체 배터리를 충전하거나 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 분리도,
도 3은 본 발명에 적용되는 안테나유닛을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 적용되는 안테나유닛에서 제1부분을 확대한 도면,
도 5는 본 발명에 적용되는 다른 형태의 안테나유닛을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 적용되는 차폐유닛의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에서 무선전력 전송용 안테나가 복수 개로 구비되는 형태를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에서 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나를 포함하는 경우를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈의 차폐유닛의 일 예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에 적용되는 차폐유닛의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에 적용되는 차폐유닛이 다층으로 구성되는 경우를 나타낸 예시도,
도 12는 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조배터리의 수신부와 송신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면,
도 13은 도 12의 단면도,
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조 배터리의 수신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면, 그리고,
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조 배터리의 송신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 분리도,
도 3은 본 발명에 적용되는 안테나유닛을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 적용되는 안테나유닛에서 제1부분을 확대한 도면,
도 5는 본 발명에 적용되는 다른 형태의 안테나유닛을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 적용되는 차폐유닛의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에서 무선전력 전송용 안테나가 복수 개로 구비되는 형태를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에서 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나를 포함하는 경우를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈의 차폐유닛의 일 예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에 적용되는 차폐유닛의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에 적용되는 차폐유닛이 다층으로 구성되는 경우를 나타낸 예시도,
도 12는 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조배터리의 수신부와 송신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면,
도 13은 도 12의 단면도,
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조 배터리의 수신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면, 그리고,
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조 배터리의 송신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나유닛 및 차폐유닛(120)을 포함한다.
상기 안테나유닛은 소정의 주파수 대역을 사용하는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 주파수 대역을 이용하여 소정의 기능을 수행하기 위한 것이다.
이와 같은 안테나유닛은 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 차폐유닛(120)의 일면에 접착층을 매개로 고정될 수 있다.
이러한 안테나유닛은 무선전력 신호를 송신하거나 수신하여 배터리를 무선방식으로 충전하기 위한 전력을 생산하는 안테나의 역할을 수행하는 부분과 다른 부분이 같이 구성될 수 있다.
즉, 상기 안테나유닛은 무선 전력을 송신하거나 수신하기 위한 적어도 하나의 무선전력 전송(wireless power transfer)용 안테나(110a)를 포함하며, 상기 무선전력 전송용 안테나(110a) 이외에 상기 무선전력 전송용 안테나(110a)와 다른 주파수 대역을 사용하는 적어도 하나의 다른 안테나(110b,110c)를 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 다른 안테나(110b,110c)는 MST(Magnetic Secure Transmission)용 안테나(110b) 또는 NFC(Near Field Communicatino)용 안테나(110c)일 수 있으며, 상기 안테나유닛은 MST용 안테나(110b) 및 NFC 안테나(110c) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다(도 8 참조).
여기서, 상기 무선전력 전송용 안테나(110a)는 무선 전력 신호를 전자기기 측으로 송출하여 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식 또는 자기 공진 방식을 이용하여 휴대용 전자기기의 메인배터리를 무선 방식으로 충전하는 송신 코일(Tx coil)의 역할을 수행할 수 있고, 외부 충전기기에서 송출하는 무선 전력 신호를 수신하여 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식 또는 자기 공진 방식을 이용하여 휴대용 전자기기의 배터리를 충전하는 수신 코일(Rx coil)의 역할을 수행할 수 있다.
더불어, 상기 NFC용 안테나(110c)의 내측에 MST용 안테나(110b) 및 무선전력 전송용 안테나(110a)가 배치될 수 있다.
그러나, 상기 NFC용 안테나(110c), MST용 안테나(110b) 및 무선전력 전송용 안테나(110a)의 위치를 이에 한정하는 것은 아니며, 설계조건에 따라 배치관계는 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상기 안테나유닛이 무선전력 송신모듈에 적용되는 경우 상기 안테나유닛은 3개의 무선전력 전송용 안테나(110a)가 차폐유닛(120)의 일면에 적층된 형태로 배치될 수도 있다(도 7 참조).
이때, 본 발명에 적용되는 무선전력 전송용 안테나(110a)는 평판형 코일로 구성될 수 있으며, 몸체(111), 제1길이부(112) 및 제2길이부(113)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(111)는 일정길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선되는 형태일 수 있으며, 상기 도전성부재가 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되어 원형, 타원형, 나선형, 또는 사각형상과 같은 다각형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 도전성부재는 구리와 같은 도전성을 갖는 금속일 수 있으며, 상기 도전성부재는 소정의 두께를 갖는 한 가닥으로 이루어질 수 있고, 복수 개의 가닥이 길이방향을 따라 꼬인 형태로 이루어질 수도 있다.
상기 제1길이부(112) 및 제2길이부(113)는 상기 몸체(111)로부터 소정의 길이로 각각 연장될 수 있다.
즉, 상기 제1길이부(112)는 상기 몸체(111)의 중앙부에서 상기 몸체(111)의 외측으로 돌출되는 제1리드부(114)와, 상기 제1리드부(114)의 단부에 구비되는 제1단자부(115)를 포함할 수 있으며, 상기 제1리드부(114)의 전체길이 중 적어도 일부는 상기 몸체(111)의 일면에 중첩되도록 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1단자부(115)는 상기 제1리드부(114)의 단부에 별도로 형성될 수도 있고, 상기 제1리드부(114)의 일부일 수도 있다.
이때, 상기 제1리드부(114)의 적어도 일부는 상기 몸체(111)의 중앙부에서 몸체(111)의 외측까지 중첩되도록 밀착 배치될 수 있다.
상세하게는 상기 제1리드부(114)는 상기 몸체(111)의 중앙부에서 상기 몸체(111)를 가로질러 상기 몸체(111)의 일면에 중첩되도록 밀착 배치되는 제1부분(116)과, 상기 제1부분(116)의 단부로부터 외측으로 일정길이 연장되는 제2부분(117)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1길이부(112)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1부분(116)이 얇은 두께를 갖도록 가압되어 상기 몸체(111)와 밀착될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1부분(116)의 가압된 두께는 상기 몸체(111)를 구성하는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 무선전력 전송용 안테나(110a)는 상기 제1부분(116)만을 별도로 가압할 수도 있지만(도 4 참조), 상기 몸체(111)의 일면에 상기 제1부분(116)이 중첩되도록 배치된 후 상기 제1부분(116) 및 몸체(111)를 동시에 가압할 수도 있다(도 5 참조). 이에 따라, 상기 제1부분(116)이 배치되는 몸체(111)의 일면에는 제1부분(116)과 대응되는 영역에 상기 안착홈(118)이 일정깊이 함몰형성될 수 있다. 이로 인해, 무선전력 전송용 안테나(110a)의 전체두께를 더욱 줄일 수 있다.
이때, 상기 제1부분(116)은 단면이 장축과 단축을 갖는 타원형을 갖도록 가압될 수 있다. 이는, 전체적인 두께를 줄이면서도 가압시 가해지는 외력에 의해 파손될 수 있는 가능성을 줄일 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 소정의 선경을 갖는 도전성부재로 형성되는 제1부분(116) 및 몸체(111)는 가압에 의하여 두께가 감소하더라도 무선 전력 신호를 원활하게 송신하거나 수신할 수 있도록 손상이 발생되지 않아야 한다.
즉, 상기 제1부분(116) 및 제1부분(116)이 중첩배치되는 몸체(111)의 일부는 도전성부재의 손상을 발생시키지 않는 범위 내에서 가압될 필요가 있다.
이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1부분(116)만을 가압하는 경우에는 상기 제1부분(116)의 두께는 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
다른 예로써, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1부분(116) 및 상기 제1부분(116)이 중첩되는 몸체(111)의 일부가 동시에 가압되는 경우에도 상기 제1부분(116)의 두께는 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있으며, 상기 제1부분(116)과 대응되는 영역에 해당하는 몸체(111)를 구성하는 도전성부재의 두께 역시 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
이는, 가압 후의 두께가 원두께 비하여 60% 미만의 두께로 가압되는 경우에는 도전성부재의 표면에 코팅된 피복의 손상이 발생하여 절연의 문제가 발생할 수 있고, 가압 후의 두께가 가압 전의 두께보다 95%의 두께를 초과하는 경우에는 박형화의 효과가 저감될 수 있기 때문이다.
구체적으로, 선경이 1.15mm인 도전성부재를 사용하여 평판형 코일 형태의 무선전력 전송용 안테나(110a)를 구현하는 경우 상기 제1부분(116)의 두께는 0.69mm 내지 1mm의 두께를 갖도록 가압될 수 있으며, 상기 제1부분(116)과 대응되는 영역에 해당하는 몸체(111)의 두께 역시 0.69mm 내지 1mm의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1부분(116)과 상기 제1부분(116)이 중첩되는 몸체(111)의 전체두께는 1.4mm 내지 2mm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 차폐시트(120) 및 무선전력 전송용 안테나(110a)의 두께를 합한 무선전력 전송모듈(100)의 전체두께는 2mm이하일 수 있으며, 일례로써 1.7mm일 수 있다.
여기서, 상기 제1길이부(112)의 두께는 차폐유닛(120)에 형성되는 수용부(123,124)를 통하여 일부 또는 전체두께가 수용될 수 있다. 상기 수용부(123,124)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
이로 인해, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 종래에 비하여 0.8mm 내지 1mm의 두께를 줄일 수 있으므로 매우 얇은 두께로의 구현이 가능하게 된다.
USTC 0.08φ*105 가닥 17AWG의 도전성부재를 사용하여 가압전 후의 특성변화를 측정한 결과는 하기의 표1과 같다.
이때, 측정 장비는 HIOKI IM3523 RLC Meter를 사용하였고, 측정 주파수는 100kHz에서 측정하였다.
비교예 1은 두께가 2.1인 도전성부재를 가압하지 않은 상태의 특성이고, 비교예 2는 두께가 2.11인 도전성부재를 가압하지 않은 상태의 특성이며, 실시예 1 내지 4는 원두께가 2.1인 도전성부재를 가압하여 두께를 감소시킨 상태의 특성이다.
표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 원두께가 2.1mm인 도전성부재를 원두께에 대하여 60.5% 또는 61.9%의 두께를 갖도록 가압하더라도 Ls(코일 인덕턴스), Rs(주파수 저항), Rdc(DC 저항) 및 Q가 비교예 1 및 2와 유사한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
반면, 실시예 3 및 실시예 4의 경우 원두께가 2.1mm인 도전성부재를 원두께에 대하여 60% 미만의 두께를 갖도록 가압하는 경우에는 Rs 및 Rdc가 비교예 1 및 2에 비하여 1.5배 내지 2배 가까이 상승하고, Q는 70 이하임을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 3 및 실시예 4의 측정 결과에 따르면, 도전성부재를 원두께에 대하여 60% 미만의 두께를 갖도록 가압하게 되면 손상이 발생되어 정상 작동할 수 없음을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송용 안테나(110a)를 사용하여 무선전력 전송모듈(100)을 구현하는 경우 충전효율을 측정한 결과는 하기의 표 2와 같다.
이때, 파워 서플라이(power supply)는 Aglient E3634A를 사용하였고, 로드(load)는 PRODIGIT 3341G를 사용하였으며, 그 결과는 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
여기서, 비교예 1 및 비교예2는 두께가 2.1 및 2.11인 도전성부재를 가압하지 않은 상태로 무선전력 전송용 안테나(110a)로 구현한 경우이고, 실시예 1 및 실시예 2는 원두께가 2.1인 도전성부재를 사용하여 무선전력 전송용 안테나를 구현하고 제1부분의 두께가 원두께에 대하여 각각 60.5% 및 61.9%의 두께를 갖도록 가압한 상태에서의 충전효율을 측정한 결과이다.
위의 표 2 및 표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 효율은 비교예 1 및 2과 유사한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
결과적으로, 상기 무선전력 전송용 안테나(110a)의 제1부분(116)이 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압하더라도 안테나로서의 기능을 원활하게 수행할 수 있음으로써 무선전력 전송용 안테나(110a)의 전체두께를 줄일 수 있고, 이를 통해 무선전력 전송모듈(100)의 전체두께를 박형화할 수 있게 된다.
한편, 상기 안테나유닛의 일면에 배치되는 차폐유닛(120)은 상기 제1길이부(112)와 대응되는 영역에 상기 제1길이부(112)의 일부 또는 전체두께를 수용하기 위한 수용부(123,124)가 형성될 수 있다.
일례로, 상기 수용부는 상기 차폐유닛(120)의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈(123)일 수 있고(도 2 참조), 상기 차폐유닛(120)의 테두리로부터 내측으로 일정길이 절개형성되는 절개부(124)일 수 있다(도 6 참조).
여기서, 상기 수용홈(123) 또는 절개부(124)는 상기 제1길이부(112) 중 제2부분(117)만을 수용할 수도 있고, 제2부분(117)과 함께 제1부분(116)이 수용될 수도 있으며, 몸체(111)의 일부 또는 전체두께가 수용되는 형태일 수도 있다.
상기 제2길이부(113)는 상기 몸체(111)의 측부로부터 외측으로 돌출되는 제2리드부(119)와, 상기 제2리드부(119)의 단부에 구비되는 제2단자부(119a)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2단자부(119a)는 상기 제2리드부(119)의 단부에 별도로 형성될 수도 있고, 상기 제2리드부(119)의 일부일 수도 있다. 또한, 상기 제1길이부(112)의 제1단자부(115) 및 제2길이부(113)의 제2단자부(119a)는 외부로부터 공급되는 전원의 입, 출력단자의 역할을 수행할 수 있다.
상기 차폐유닛(120)은 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 자기장의 집속도를 높여줌으로써 소정의 주파수 대역에서 작동하는 해당 안테나의 성능을 높여줄 수 있다.
이를 위해, 상기 차폐유닛(120)은 소정의 면적을 갖는 판상의 부재(121)로 형성되며, 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 차폐유닛은 상기 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나(110a,110b,110c)를 포함하는 경우, 해당 안테나의 성능을 각각 높여줄 수 있도록 서로 다른 특성을 갖는 시트로 구비될 수 있다.
즉, 상기 차폐유닛(120’,120”)은 서로 다른 투자율을 갖는 제1시트(125) 및 제2시트(126)를 포함할 수 있고, 상기 제1시트(125)는 100~350kHz 또는 6.78MHz에서 상기 제2시트(126)보다 상대적으로 높은 투자율을 가질 수 있다.
이때, 상기 제1시트(125) 및 제2시트(126)는 전체적인 두께를 줄일 수 있도록 액자형으로 구성될 수도 있고(도 9 참조), 제2시트(126)의 일면에 제1시트(125)가 적층되는 형태일 수도 있다(도 10 참조).
여기서, 상기 제1시트(125)는 무선전력 전송용 안테나(110a)의 성능을 향상시키기 위한 것이며, 상기 제2시트(126)는 NFC용 안테나(110a)의 성능을 향상시키기 위한 것이다.
일례로, 상기 제1시트(125)는 비정질 합금 및 나노결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 리본시트가 사용될 수 있고, 상기 제2시트(126)는 페라이트 시트가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있다. 더불어, 상기 비정질 합금 및 나노결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 페라이트 시트는 소결 페라이트 시트로 이루어질 수 있으며, Mn-Zn 페라이트 및 Ni-Zn 페라이트 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1시트(125)는 도 11에 도시된 바와 같이 다층으로 구성될 수도 있다. 일례로, 상기 제1시트(125)는 비정질합금 및 나노결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 리본시트(125a)가 접착층(125b)를 매개로 다층으로 적층될 수도 있다.
더불어, 상기 제1시트(125) 및 제2시트(126) 중 적어도 어느 하나는 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다. 이는, 각각의 시트가 분리형성됨으로써 전체적인 저항을 높여 와전류의 발생을 억제하거나 시트 자체의 유연성을 개선시킬 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 상기 차폐유닛(120)이 미세조각으로 분리형성된 복수 개의 시트가 다층으로 적층되는 경우 각각의 시트 사이에는 비전도성 성분을 포함하는 접착층이 배치되어 서로 적층되는 한 쌍의 시트 사이에 스며들 수 있도록 함으로써 상기 접착층이 각각의 시트를 구성하는 복수 개의 미세 조각들을 서로 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.
더불어, 상기 차폐유닛(120)의 상부면과 하부면에는 접착층을 매개로 부착되는 별도의 보호필름(127)이 각각 배치될 수도 있다.
상술한 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 Qi 방식에 적용될 수도 있고, PMA 방식의 무선충전에 적용될 수도 있으며, 자기 공진을 이용하는 A4WP 방식에도 적용될 수 있음을 밝혀둔다. 더불어, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 휴대단말기와 같은 휴대용 전자기기의 백커버 또는 리어케이스에 부착되는 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
더불어, 본 발명에 적용되는 안테나유닛이 무선전력 전송용 안테나(110a) 이외에 MST용 안테나 및 NFC용 안테나와 같은 다른 안테나를 포함하고 다른 안테나가 평판형 코일 형태로 구성되는 경우 다른 안테나 역시 상술한 무선전력 전송용 안테나와 동일한 구조로 구현될 수 있음을 밝혀둔다. 더하여, 상기 다른 안테나는 회로기판의 일면에 동박 또는 도전성 금속이 패턴인쇄된 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 무선 전력을 송출하기 위한 무선전력 송신모듈로 사용될 수도 있고, 무선전력 송신모듈로부터 송출되는 무선 전력을 수신하기 위한 무선전력 수신모듈로 사용될 수도 있으며, 다양한 방식의 휴대용 보조배터리에 적용될 수 있다.
일례로, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 적어도 하나의 배터리(210)를 포함하는 휴대용 보조배터리(200)에 적용될 수 있다(도 12 및 도 13 참조).
즉, 상기 휴대용 보조배터리(200)는 배터리(210), 수신부(220) 및 송신부(230)를 포함할 수 있고, 상기 배터리(210)의 일면에 수신부(220)가 배치되고 타면에 상기 송신부(230)가 배치될 수 있으며, 상기 배터리(210), 수신부(220) 및 송신부(230)가 케이스의 내부에 각각 내장될 수 있다.
여기서, 상기 배터리(210)는 충전대상인 휴대용 전자기기의 메인배터리(미도시)를 충전하기 위한 전원을 제공하는 역할을 수행하고, 상기 수신부(220)는 상기 배터리(210)의 전원을 충전하는 역할을 수행하며, 상기 송신부(230)는 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리(미도시)를 충전하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 수신부(220)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력 수신모듈로 구현될 수 있으며, 상기 송신부(230)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력 송신모듈로 구현될 수 있다.
이에 따라, 상기 수신부(220)는 외부 충전기기로부터 제공되는 무선 전력 신호를 수신하여 전력을 생산함으로써 상기 배터리(210)를 충전할 수 있으며, 상기 송신부(230)는 상기 배터리(210)에 저장된 전원을 무선 방식으로 충전대상인 휴대용 전자기기 측으로 송출함으로써 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리(미도시)를 충전할 수 있다.
즉, 상기 휴대용 보조배터리(200)는 무선 방식을 이용하여 내장된 배터리(210)의 전원을 자체를 충전하거나, 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전할 수 있다.
다른 예로써, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 도 14 내지 도 17에 도시된 바와 같이 무선 방식과 유선방식이 혼합된 형태의 휴대용 보조배터리(300,400)에 적용될 수도 있다.
즉, 상기 휴대용 보조배터리(300)는 배터리(310), 수신부(320) 및 충전포트부(340)를 포함할 수 있다(도 15 및 도 16 참조).
여기서, 상기 배터리(310)는 상기 충전포트부(340)를 통하여 충전대상인 휴대용 전자기기와 유선방식으로 연결됨으로써 상기 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리(미도시) 측으로 전원을 제공하는 역할을 수행하며, 상기 수신부(320)는 무선방식을 이용하여 외부 충전기기로부터 무선전력을 수신하여 전력을 생산함으로써 상기 배터리(310)의 전원을 충전하는 역할을 수행한다.
즉, 상기 수신부(320)는 상기 배터리(310)와 함께 케이스에 내장될 수 있으며, 상기 케이스의 일측에 상기 배터리(310)와 전기적으로 연결된 충전포트부(340)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 수신부(320)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력을 수신하기 위한 무선전력 수신모듈로 구현될 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리(310)의 전원을 충전시키고자 하는 경우에는 외부 충전기기(20)로부터 송출되는 무선 전력을 상기 수신부(320)를 통해 수신하여 전력을 생산함으로써 상기 배터리(310)의 전원을 충전시키며(도 14 참조), 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전하고자 하는 경우에는 휴대용 전자기기(10)를 상기 충전포트부(340)와 전기적으로 연결시킴으로써 상기 배터리(310)의 전원을 이용하여 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리를 충전할 수 있다.
이와는 반대로, 상기 휴대용 보조배터리(400)는 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 내장되는 배터리(410)는 유선 방식으로 충전될 수 있고, 충전대상인 휴대용 전자기기의 메인배터리는 무선 방식으로 충전되는 형태로 구현될 수 있다.
이를 위해, 상기 휴대용 보조배터리(400)는 배터리(410), 송신부(430) 및 충전포트부(440)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 송신부(430)는 상기 배터리(410)와 함께 케이스에 내장될 수 있으며, 상기 케이스의 일측에 상기 배터리(410)와 전기적으로 연결된 충전포트부(440)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 송신부(430)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력을 송출하기 위한 무선전력 송신모듈로 구현될 수 있다.
이에 따라, 상기 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리를 충전시키고자 하는 경우에는 상기 배터리(410)에 저장된 전원을 이용하여 상기 송신부(430)를 통해 무선전력을 휴대용 전자기기(10) 측으로 송출함으로써 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시키며(도 16 참조), 상기 배터리(410)를 충전하고자 하는 경우에는 외부 충전기기(20)를 상기 충전포트부(440)와 전기적으로 연결시킴으로써 외부 충전기기(20)로부터 제공되는 전원을 이용하여 상기 배터리(410)의 전원을 충전할 수 있다(도 17 참조).
이와 같이, 상기 휴대용 보조배터리(300,400)는 내장된 배터리(310,410)를 충전하는 방식과 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리를 충전하는 방식이 서로 상이한 방식으로 이루어짐으로써 상기 배터리(310,410)의 충전과 상기 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리의 충전이 동시에 이루어질 수 있다.
즉, 사용자는 상기 배터리(310,410)에 저장된 전원이 충분하지 못하거나 완전히 방전된 상태에서 휴대용 전자기기의 메인배터리의 충전이 필요한 경우 무선 방식 또는 무선 방식을 통하여 보조배터리(300,400)에 내장되는 배터리(310,410)를 충전하면서도 상기 배터리(310,410)의 충전방식과 다른 방식을 통하여 상기 배터리(310)에서 제공되는 전원을 이용하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 휴대단말기의 보호케이스와 같은 악세서리에 배터리와 함께 내장되어 상기 배터리에 저장된 전원을 무선 전력으로 송출하는 무선전력 송신모듈의 역할을 수행함으로써 악세서리 형태의 보조배터리로 구현될 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 무선전력 전송모듈 110a : 무선전력 전송용 안테나
111 : 몸체 112 : 제1길이부
113 : 제2길이부 114 : 제1리드부
115 : 제1단자부 116 : 제1부분
117 : 제2부분 118 : 안착홈
119 : 제2리드부 119a : 제2단자부
120 : 차폐유닛 123 : 수용홈
124 : 절개부 125 : 제1시트
126 : 제2시트층 127 : 보호필름
200,300,400 : 휴대용 보조배터리 210,310,410 : 배터리
220,320,420 : 수신부 230,330,430 : 송신부
340, 440 : 충전포트부
111 : 몸체 112 : 제1길이부
113 : 제2길이부 114 : 제1리드부
115 : 제1단자부 116 : 제1부분
117 : 제2부분 118 : 안착홈
119 : 제2리드부 119a : 제2단자부
120 : 차폐유닛 123 : 수용홈
124 : 절개부 125 : 제1시트
126 : 제2시트층 127 : 보호필름
200,300,400 : 휴대용 보조배터리 210,310,410 : 배터리
220,320,420 : 수신부 230,330,430 : 송신부
340, 440 : 충전포트부
Claims (15)
- 평판형 코일로 이루어진 적어도 하나의 무선전력 전송용 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및
상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛;을 포함하고,
상기 무선전력 전송용 안테나는,
일정 길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선된 몸체;
상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측으로 연장되는 제1리드부와, 상기 제1리드부의 단부에 구비되는 제1단자부를 포함하는 제1길이부; 및
상기 몸체의 측부로부터 외측으로 연장되는 제2 리드부와, 상기 제2 리드부의 단부에 구비되는 제2단자부를 포함하는 제2길이부;를 포함하되,
상기 제1리드부는 적어도 일부가 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되는 제1부분을 포함하며, 상기 제1부분은 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖는 무선전력 전송모듈 - 제 1 항에 있어서,
상기 제1부분은 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측까지 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되고, 상기 제1리드부는 상기 제1부분의 단부로부터 외측으로 일정길이 연장되는 제2부분을 포함하는 무선전력 전송모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1길이부는 상기 제1부분에 해당하는 길이만을 가압하여 상기 제1부분이 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가지는 무선전력 전송모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1길이부는 상기 몸체의 일면에 상기 제1부분이 중첩되도록 배치된 후 상기 제1부분 및 몸체를 동시에 가압하여 상기 제1부분이 상기 제1부분이 중첩되지 않은 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가지는 무선전력 전송모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 제1부분과 대응되는 몸체의 일면에는 일정깊이 함몰형성되는 안착홈이 구비되는 무선전력 전송모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1부분은 단면이 장축과 단축을 갖는 타원형으로 형성되는 무선전력 전송모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95% 두께를 갖도록 가압되는 무선전력 전송모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압되고,
상기 제1부분과 대응되는 영역에 해당하는 몸체를 구성하는 도전성부재는 상기 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압되는 무선전력 전송모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 차폐유닛은 상기 제1길이부와 대응되는 영역에 상기 제1길이부를 배치하기 위한 수용부가 형성되는 무선전력 전송모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 수용부는 상기 차폐유닛의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈인 무선전력 전송모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 수용부는 상기 차폐유닛의 테두리로부터 내측으로 일정길이 절개형성되는 절개부인 무선전력 전송모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 안테나유닛은 MST 안테나 및 NFC 안테나 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 무선전력 전송모듈. - 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리에 있어서,
충전기기로부터 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있도록 청구항 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 상기 배터리의 일면에 배치되는 수신부; 및
상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시킬 수 있도록 청구항 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리의 타면에 배치되는 송신부;를 포함하는 휴대용 보조배터리. - 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리에 있어서,
청구항 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 충전기기로부터 송출되는 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 수신부; 및
상기 배터리에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 휴대용 전자기기 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함하는 휴대용 보조배터리. - 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리에 있어서,
청구항 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시키는 송신부; 및
충전기기에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 상기 배터리 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함하는 휴대용 보조배터리.
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