KR101989852B1 - 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛, 이를 포함하는 무선전력 전송모듈 및 휴대용 기기 - Google Patents
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Abstract
무선전력 전송용 자기장차폐유닛이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 자기장 차폐유닛은 다수개의 파편들로 쪼개진 Fe계 합금 리본시트가 포함된 자기장 차폐층을 구비하고, 상기 Fe계 합금은 Cu 및 Nb를 포함하며, 상기 쪼개진 Fe계 합금 리본시트에서 입경이 200㎛ 이상인 파편의 개수는 전체 파편개수의 5% 이하로 구현된다. 이에 의하면, 무선전력전송 시 누설자기장으로 인한 발열, 전자부품의 오작동 및 누설자기장으로 인한 휴대기기 사용자의 건강에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 다양한 구조, 형상, 크기 및 고유특성(인덕턴스, 비저항 등)을 가지는 여러 종류의 무선전력전송용 안테나들과 조합되더라도 조합되는 안테나 자체의 인덕턴스 특성을 보다 향상시키고, 반면에 자기장 차폐유닛으로 인해 수반되는 안테나의 비저항 특성의 증가를 최소화하여 무선전력전송용 안테나 특성을 보다 현저하게 발현시킬 수 있다.
Description
본 발명은 무선전력 전송모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대 단말기기 등의 부품이나 이를 사용하는 사용자의 인체에 미치는 자기장 영향을 차단함과 동시에 안테나 특성을 현저히 향상시켜 무선전력 전송 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 무선전력전송용 자기장 차폐유닛, 이를 포함하는 무선전력 전송모듈 및 휴대용 기기에 관한 것이다.
핸드폰, PDA(개인휴대단말기), 아이패드, 노트북컴퓨터 또는 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자장치들의 무선전력기술이 새롭게 부각되고 있다. 새로운 타입의 무선전력 전송기술은 휴대용 전자장치가 전력선 없이 전자기유도 방식이나 전자기 공진방식을 채택하여 직접 휴대용 전자장치에 전력을 전송하여 전지를 충전시킬 수 있도록 하는 기술로써, 최근 이 기술을 채택하는 휴대용 전자장치가 늘고 있는 추세에 있다.
무선전력전송을 위해서는 무선전력 송신모듈과 이를 수신하는 무선전력 수신모듈이 필요한데, 상기 모듈들에는 공통적으로 전자기 차폐재(자성체)가 구비된다. 구체적으로 무선전력전송기술의 일예로 전자기 유도방식의 무선전력전송은 송신안테나에서 전송되는 자기장(전력신호)이 수신안테나에서 수신되고 이를 다시 전기장으로 전환하여 무선으로 전력이 전송될 수 있는데, 각 안테나에서 송신되거나 수신되는 자기장인 전력신호의 전송효율을 높이기 위해서는 송신되는 자기장의 방향을 수신안테나로 집중시키고, 다른 방향으로의 누설을 방지해야 하며, 이러한 기능을 전자기 차폐재를 통해 달성할 수 있다.
다만, 전자기 차폐재의 성능에 따라서 송신된 후 무선전력 수신안테나로 집속되지 못하고 누설되는 자기장은 무선전력 전송효율, 전력신호 송수신 거리를 저하시키는 것 이외에 수신용 무선전력전송모듈을 탑재한 전자장치 내부 다른 부품의 성능을 저하시키고, 전자장치를 사용하는 사람에게 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.
한편, 무선전력 전송용 안테나의 성능은 품질지수(Q, Quality factor)의 높고 낮음으로 안테나의 성능을 갈음할 수 있는데, 상기 품질지수(Q)는 2πfL/R(f:주파수, L: 코일의 인덕턴스, R:저항)로 정의되며, 품질지수가 높을수록 안테나의 성능이 우수하다고 통상적으로 판단한다.
그러나 상기 안테나의 품질지수는 함께 구비되는 전자기차폐재의 특성에 따라 현저히 달라지게 되며, 구체적으로 전자기차폐재에 포함된 자성체의 투자율이 높을수록 대체로 안테나의 인턱턴스 특성이 향상되어 안테나의 품질지수(Q)가 상승하고, 전자기차폐재 표면저항의 정도에 따라 안테나 자체의 저항값 보다 대체로 비저항값을 증가시켜 안테나의 품질지수(Q)의 감소를 유발시킬 수 있다.
이에 따라 무선전력 신호의 송수신에 사용하는 목적하는 주파수대역에서 안테나의 성능의 저해를 최소화 또는 안테나의 성능을 향상시켜 무선전력 전송효율 및 전력신호의 송수신 거리를 현저하게 향상시킬 수 있는 전자기차폐재의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 전력신호의 송수신으로 인해 휴대 단말기기 등의 부품이나 이를 사용하는 사용자의 인체에 미치는 자기장 영향을 차단함과 동시에 다양한 구조, 형상, 크기 및 고유특성(인덕턴스, 비저항 등)을 갖는 여러 종류의 무선전력 전송용 안테나들과 조합되더라도 조합되는 안테나의 특성을 저해시키지 않고, 보다 더 증가시킬 수 있는 자기장 차폐유닛을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 자기장 차폐유닛을 통해 무선전력 전송용 안테나 특성을 더욱 향상시켜 무선전력 전송효율 및 무선전력 전송거리를 현저히 증가시킬 수 있는 무선전력전송모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 무선전력전송모듈을 통해 휴대기기 전원의 무선전력 전송효율 향상 및 무선전력 전송거리가 증대된 휴대용 기기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛을 통해 무선전력전송 이외에 이종의 용도를 갖는 안테나에 대한 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 복합 자기장 차폐유닛을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 본 발명에 따른 복합자기장 차페유닛을 통해 무선전력 신호 및 데이터 신호의 송수신 효율과 송수신 거리를 현저히 향상시킬 수 있는 복합모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 차폐유닛의 가요성 향상 및 와전류 발생 감소를 위하여 파쇄시킨, Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금의 파편들 및 상기 파편들 중 일부 인접하는 파편 간에 형성된 이격공간의 적어도 일부에 충진되어 와전류 발생을 감소키는 유전체를 포함하며, 상기 Fe계 합금 파편은 입경이 200㎛ 이상인 파편의 개수가 전체 파편개수의 5% 이하인 자기장 차폐층;을 구비하는 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자기장 차폐유닛은 자기장 차폐층의 일면에 배치되는 보호부재 및 상기 자기장 차폐층의 타면에 배치되는 접착부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호부재는 일면에 구비된 제1 접착층을 통해 자기장 차폐층의 일면에 접착되고, 상기 접착부재는 일면에 구비된 제2 접착층을 통해 상기 자기장 차폐층의 타면에 접착되며, 자기장 차폐층에 포함된 유전체는 상기 제1 접착층 및 제2 접착층 중 어느 하나 이상의 접착층 일부가 Fe계 합금 파편 간의 이격공간에 침투하여 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 유전체는 인접하는 Fe계 합금 파편간 이격공간 전부에 충진될 수 있다.
또한, 상기 Fe계 합금 파편은 Fe계 비정질 합금 리본 유래일 수 있다.
또한, 상기 Fe계 합금은 규소(Si) 및 붕소(B)를 더 포함하는 합금일 수 있다.
또한, 상기 Fe계 합금 파편의 형상은 비정형일 수 있다.
또한, 상기 Fe계 합금 파편은 입경이 100㎛ 이상 ~ 200㎛ 미만인 파편개수가 전체 파편개수의 15% 이하일 수 있다.
또한, 상기 Fe계 합금 파편은 입경이 50㎛ 미만인 파편개수가 전체 파편개수의 15% 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 Fe계 합금 파편은 입경이 50㎛ 미만인 파편개수가 전체 파편개수의 60%일 수 있다.
또한, 상기 자기장 차폐유닛은 자기장 차폐층을 복수개로 구비하고, 인접한 자기장 차폐층 사이에는 자기장 차폐층 간을 접착시키고 와전류를 감소시키기 위한 유전체층이 개재될 수 있다.
이때, 상기 자기장 차폐층들 중 어느 일 자기장차폐층은 다른 자기장 차폐층과 투자율이 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 절연접착층 또는 방열접착층일 수 있다.
또한, 상기 자기장 차폐층은 단일층의 두께가 15 ~ 35 ㎛일 수 있다.
또한, 본 발명은 무선전력전송용 안테나에 인접하여 배치되는 무선전력전송용 자기장 차폐유닛에 있어서, 상기 무선전력전송용 자기장 차폐유닛은, 차폐유닛의 가요성 향상 및 와전류 발생 감소를 위하여 파쇄시킨, Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금의 파편들 및 상기 파편들 중 일부 인접하는 파편 간에 형성된 이격공간의 적어도 일부에 충진되어 와전류 발생을 감소키는 유전체를 포함하는 자기장 차폐층;을 구비하고, 상기 자기장 차폐유닛을 통하여 무선전력용 안테나의 코일 품질지수에 대한 상대이득이 1.25 이상인 무선전력전송용 자기장 차폐유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 상대이득은 1.3 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛; 및 상기 무선전력전송용 자기장 차폐유닛 상에 배치된 무선전력전송용 안테나유닛;을 포함하는 무선전력전송모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 제1자기장 차폐유닛; 및 상기 제1자기장 차폐유닛과 소정의 주파수에서 자기특성이 상이한 제2자기장 차폐유닛;를 포함하는 복합 자기장 차폐유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 마그네틱 보안 전송(MST)용 안테나 및 근거리 무선통신(NFC)용 안테나 중 적어도 한 개의 안테나 및 무선전력전송용 안테나를 포함하는 안테나 유닛; 및 상기 안테나 유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하고, 안테나 특성을 향상시키는 본 발명에 따른 복합 자기장 차폐유닛;를 포함하는 복합모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 무선전력전송모듈 또는 복합모듈을 수신용 모듈로 포함하는 휴대용 기기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 무선전력전송용 자기장 차폐유닛은 무선전력 전송 시 설되는 자기장으로 인하여 휴대용 기기 등에 구비된 전자부품에 와전류 발생으로 인한 발열이나 각종 신호처리 회로부의 전자기장 간섭에 따른 오작동을 최소화하여 전자부품의 기능저하, 내구성 감소 문제를 방지하고, 누설 자기장으로 인한 휴대기기 사용자의 건강에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 안테나를 향해 자기장의 집속을 향상시키고, 와전류 등으로 인한 자기손실이 감소됨과 동시에 다양한 구조, 형상, 크기 및 고유특성(인덕턴스, 비저항 등)을 가지는 여러 종류의 무선전력 전송용 안테나들과 조합되더라도 조합되는 안테나 자체의 인덕턴스 특성을 보다 향상시키고, 자기장 차폐유닛으로 인해 수반되는 안테나의 비저항 특성의 증가를 최소화시킴으로써 무선전력 전송용 안테나 특성을 보다 현저하게 발현시킬 수 있다.
나아가, 복합 자기장 차폐유닛은 무선전력전송용 안테나의 안테나특성을 더욱 향상시켜 무선전력 전송효율 및 전송거리를 현저히 증가시키는 동시에 데이터 통신 등에 관여하는 안테나의 특성을 향상시켜 데이터 통신의 효율 및 통신거리를 현저히 향상시킬 수 있음에 따라서 이들로 구현되는 무선충전모듈 또는 복합모듈을 포함하는 모바일기기, 스마트가전 또는 사물 인터넷(Internet of Things)용 기기 등의 각종 휴대기기에 널리 응용될 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 차폐유닛을 나타낸 단면도로서, 도 1은 자기장 차폐층에 포함된 이격공간의 일부에 절연체가 충진된 경우를 나타내는 도면이고, 도 2는 상기 이격공간의 전부에 절연체가 충진된 경우를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 안테나코일 품질지수 측정을 위한 제1안테나의 사진,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 차폐유닛의 제조에 이용되는 파쇄장치를 통한 제조공정 모식도로, 도 4는 롤러에 구비된 요철을 통해 파쇄시키는 파쇄장치를 이용한 제조공정을 나타내는 도면이고, 도 5는 지지판에 구비된 금속볼을 통해 파쇄시키는 파쇄장치를 이용한 제조공정을 나타내는 도면,
도 6은 Fe계 비정질 합금 파편을 포함하는 자기장 차폐층을 3층으로 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 차폐유닛의 단면도를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예예 따른 복합 자기장 차폐유닛의 단면도로, 도 7a는 제1 자기장 차폐유닛과 제2 자기장 차폐유닛이 적층된 경우를 나타내는 도면이고, 도 7b는 제2 자기장 차폐유닛의 내부에 동일두께의 제1 자기장 차폐유닛이 삽입된 경우를 나타내는 도면이며, 도 7c는 제2 자기장 차폐유닛 일면에 제2 자기장 차폐유닛 보다 얇은 두께로 제1 자기장 차폐유닛이 삽입되는 경우를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전모듈의 분해사시도를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합모듈의 분해사시도를 나타내는 도면, 그리고
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 차폐유닛의 제조시 사용되는 파쇄장치를 위에서 바라본 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 안테나코일 품질지수 측정을 위한 제1안테나의 사진,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 차폐유닛의 제조에 이용되는 파쇄장치를 통한 제조공정 모식도로, 도 4는 롤러에 구비된 요철을 통해 파쇄시키는 파쇄장치를 이용한 제조공정을 나타내는 도면이고, 도 5는 지지판에 구비된 금속볼을 통해 파쇄시키는 파쇄장치를 이용한 제조공정을 나타내는 도면,
도 6은 Fe계 비정질 합금 파편을 포함하는 자기장 차폐층을 3층으로 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 차폐유닛의 단면도를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예예 따른 복합 자기장 차폐유닛의 단면도로, 도 7a는 제1 자기장 차폐유닛과 제2 자기장 차폐유닛이 적층된 경우를 나타내는 도면이고, 도 7b는 제2 자기장 차폐유닛의 내부에 동일두께의 제1 자기장 차폐유닛이 삽입된 경우를 나타내는 도면이며, 도 7c는 제2 자기장 차폐유닛 일면에 제2 자기장 차폐유닛 보다 얇은 두께로 제1 자기장 차폐유닛이 삽입되는 경우를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전모듈의 분해사시도를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합모듈의 분해사시도를 나타내는 도면, 그리고
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 차폐유닛의 제조시 사용되는 파쇄장치를 위에서 바라본 사진이다.
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 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수개의 파편들(111)로 쪼개진 Fe계 합금 리본시트가 포함된 자기장 차폐층(110)을 포함하고, 일부 인접하는 상기 Fe계 합금 파편(111a, 111b)간 이격공간(S)의 적어도 일부(S1, S3)에 충진된 유전체(112)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자기장 차폐유닛(100)은 자기장 차폐층(110)의 상부에 제1 접착층(140b)을 통해 접착되어 구비되는 보호부재(140) 및 상기 자기장 차폐층(110)의 하부에 배치되는 접착부재(130)를 더 포함할 수 있고, 상기 접착부재(130)는 자기장 차폐층(110)의 하부에 접착하기 위한 제2 접착층(130b) 및 상기 제2 접착층(130b)을 보호하기 위한 이형필름(150)이 더 구비될 수 있다.
먼저, 상기 자기장 차폐층(110)은 차폐유닛의 가요성 향상 및 와전류 발생 감소를 위하여 다수개의 파편들(111)로 쪼개진 Fe계 합금 리본시트가 포함되며, 상기 Fe계 합금은 Cu 및 Nb를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 자기장 차폐층(110)은 Fe계 합금 리본시트가 쪼개진 Fe계 합금 파편(111a, 111b, 111c, 111d)들로 형성되는데, 이는 하나의 단일한 형체일 때, 예를 들어 리본시트일 때에 비해 비저항을 현저히 증가시켜 와전류 발생을 억제시키는 효과가 있다. 자성체의 종류에 따라서 비저항 값이 상이한데, 페라이트와 같이 비저항이 현저히 큰 자성체는 와전류에 따른 자기손실의 염려가 현저히 적다. 이에 반하여 본 발명에 따른 일 실시예에 포함되는 자성체인 Fe계 합금은 비저항이 현저히 작아서 와전류에 의한 자기손실이 매우 커 리본시트일 경우 목적하는 수준의 물성을 발현하기 어렵다. 그러나 리본시트를 파쇄할 경우 파쇄된 Fe계 합금 파편들은 파편간에 이격공간의 존재 등으로 비저항이 현저히 증가함에 따라 와전류에 의한 자기손실이 현저히 감소되어 파편화로 인하여 발생할 수 있는 투자율의 감소와, 이로 인한 무선전력전송용 안테나의 인덕턴스 감소가 보상될 수 있다.
한편, 파편들(111)로 쪼개진 Fe계 합금리본시트는 자기장 차폐층(110)이 우수한 가요성을 가질 수 있게 한다. 이는 Cu 및 Nb을 포함하는 Fe계 합금 리본시트는 탄성계수가 현저히 작고, 취성이 강해 리본시트에 충격이 가해지거나 구부려질 때 쉽게 파편화되는데, 초기설계 물성(Ex. 투자율) 치를 만족하도록 Fe계 합금 리본시트를 제조해도 리본시트가 미세 조각들로 파편화될 경우 초기 설정된 물성보다 물성값이 감소할 수 있는 등 물성변동의 문제점이 있다. 이에 따라서 제조된 리본시트 등의 자성체가 초기설계 물성치를 만족해도 자기장 차폐유닛의 제조 중 또는 사용 중에 더 이상 초기설계 물성치를 만족하지 않는 상태로 변동될 경우 최초설계 시 목적한 무선전력 전송효율, 전송거리를 확보하지 못할 수 있다. 특히, 최근의 스마트폰 등의 전자장치들은 경량화, 슬림화되도록 구현되고 있음에 따라서 자기장 차폐유닛 역시 박형화 되도록 요구되는데, 매우 얇은 두께의 리본시트의 경우 더욱 더 쉽게 깨질 수 있어서 이와 같은 문제점은 더욱 심각해진다.
그러나 본 발명에 따른 자기장 차폐유닛은 Fe계 합금 리본시트가 처음부터 쪼개진 상태로 구비됨에 따라서 차폐유닛의 가요성이 현저히 향상되어 차폐유닛의 단면두께가 박형화 되더라도 외력에 의해 Fe계 합금 파편에 더 이상 크랙이 발생할 수 있는 우려가 원천적으로 봉쇄될 수 있다. 또한, Fe계 합금이 파편상태로 차폐유닛에 포함되되, 파편상태의 Fe계 합금을 포함하는 차폐유닛이 처음부터 무선전력 전송에서 우수한 특성을 발현할 수 있을 정도의 초기 물성치가 설계되고, 상기 초기 물성치를 차폐유닛의 제조단계, 이를 안테나유닛에 장착 및 완성품으로 구현하는 조립단계, 더 나아가 완성품의 사용단계에서도 지속적으로 유지시킬 수 있음에 따라서 통상의 비파쇄된 Fe계 합금을 구비하는 차폐유닛에서 발생하는 의도하지 않은 파편화로 인한 물성저하 및 이로 인한 전력신호 송수신 성능의 현저한 저하 우려를 원천적으로 제거할 수 있다.
상기 Fe계 비정질 합금은 철(Fe), 구리(Cu) 및 니오븀(Nb)을 포함하고, 규소(Si) 및 붕소(B)를 더 포함하는 5원소 합금일 수 있다. 상기 구리는 합금의 Fe계 비정질 합금의 내식성을 향상시키고, 결정이 생성되더라도 결정의 크기가 커지는 것을 방지하여 나노결정립이 되도록 하는 동시에 투자율 등의 자기적 특성을 개선할 수 있게 한다.
상기 구리는 합금 내 0.01 ~ 10at%로 포함되는 것이 바람직하며, 만일 0.01at%미만으로 포함될 경우 구리로 인해 수득되는 효과의 발현이 미미할 수 있고, 만일 10at%를 초과할 경우 비정질의 합금이 생성되기 어려울 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 니오븀(Nb)은 투자율 등의 자기적 특성을 개선시킬 수 있으며, 합금내 0.01 ~ 10at%로 포함되는 것이 바람직하고, 만일 0.01at%미만으로 포함될 경우 니오븀으로 인해 수득되는 효과의 발현이 미미할 수 있고, 만일 10at%를 초과할 경우 비정질의 합금이 생성되기 어려울 수 있는 문제점이 있다.
상기 Fe계 비정질 합금이 Si 및 B를 더 포함하는 5원소 합금인 경우 바람직하게는 Si와 B가 10 ~ 30at% 합금 내에 포함될 수 있고, 잔량으로 Fe가 포함될 수 있다. 상기 Fe의 함량이 증가할 경우 합금의 포화자속밀도가 높아질 수 있으나 반대로 결정질의 합금이 제조될 수 있다. 상기 Si 및 B의 함량은 합금의 결정화 온도를 상승시켜 합금을 보다 용이하게 비정질화시킬 수 있다. 상기 Si 및 B의 함량은 구체적으로 Si의 경우 10 ~ 27at%, B는 3 ~ 12at%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 목적하는 물성의 정도에 따라 변경하여 실시할 수 있다.
상기 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금 파편은 Fe계 비정질 합금 리본의 유래일 수 있고, 목적하는 투자율의 조절을 위하여 열처리된 것일 수 있으며, 이에 열처리된 Fe계 합금은 결정상이 비정질이거나 나노결정립을 포함할 수 있다. 상기 Fe계 합금의 결정상은 합금의 조성, 조성비 및/또는 열처리 온도/시간 등에 따라 달라질 수 있다.
한편, Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금의 투자율과 관련하여 통상의 자기장 차폐재에 포함되는 자성체는 투자율이 높을수록 자기장 차폐에 유리하나, 일률적으로 자성체의 투자율과 안테나 특성의 관계가 단순한 비례관계로 볼 수는 없음에 따라서 투자율이 너무 높아도 목적하는 수준의 무선전력 전송효율 및 전송거리를 달성하지 못할 수 있다. 더 구체적으로 높은 투자율을 보유한 어느 일자성체는 무선전력 전송용 안테나와 조합시 안테나의 인덕턴스 특성을 향상시키나 인덕턴스 특성의 증가폭 보다 안테나 비저항 특성의 증가폭을 더욱 크게 할 수 있다. 이 경우 투자율이 낮은 자기장 차폐유닛과 당해 무선전력 전송용 안테나가 조합되었을 때와 대비하여 오히려 안테나 특성이 낮아지거나 안테나 특성의 향상 정도가 미미할 수 있다. 따라서, 자기장 차폐유닛이 안테나와 조합되었을 때 안테나의 인덕턴스를 향상시키고 비저항의 증가를 최소화할 수 있을 정도의 적정한 투자율을 보유하는 Fe계 합금이 자기장 차폐층에 구비됨이 바람직하고, 파쇄 후 자기장 차폐층의 투자율은 100 ~ 1300, 보다 바람직하게는 100 ~ 1000일 수 있다.
또한, 상기 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금 파편은 단일파편 형상이 비정형일 수 있다. 또한, Fe계 합금 파편의 일모서리가 곡선 또는 일면이 곡면이 되도록 파쇄되는 경우 이러한 형상을 구비하는 파편을 포함하는 자기장 차폐층은 가요성이 증가하고, 외력이 자기장 차폐유닛에 가해져도 의도하지 않은 파편들의 추가적 미세조각화를 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 파쇄된 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금 파편의 입경은 1㎛ ~ 5㎜일 수 있고, 바람직하게는 1 ~ 1000㎛일 수 있다. 상기 파편의 입경은 파편들에 대해 광학현미경을 통해 측정한 입경으로, 파편 표면의 한 점에서 다른 점 사이의 거리 중 최장거리를 의미한다.
다만, Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금 파편의 입경은 상술한 바람직한 입경의 범위를 만족한다고 하여 모든 경우에 있어서 안테나특성을 향상시킬 수 있는 것이 아니며, 적절한 입경분포를 가지도록 조절되어 자기장 차폐층에 구비될 때 무선전력전송용 안테나 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
이를 위해 상기 자기장 차폐층(110)에 포함되는 Fe계 합금 파편(111)의 입경분포는 입경이 200㎛ 이상인 파편의 개수가 전체 파편개수의 5% 이하, 바람직하게는 포함하지 않을 수 있다. 만일 입경이 200㎛ 이상인 파편의 개수가 전체 파편개수의 5%를 초과할 경우에 미세 조각화가 상대적으로 덜 이루어져 투자율 등의 자기적 특성 저하가 적을 수 있어서 안테나의 인덕턴스 특성의 향상을 유도하더라도 안테나의 비저항 특성을 더욱 증가시켜 안테나 특성 향상의 정도가 매우 미미할 수 있고, 와전류로 인한 발열문제나 자기누설에 따른 무선충전 등 목적한 기능의 효율저하가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 포함되는 자기장 차폐층은 입경이 100㎛ 이상 ~ 200㎛ 미만인 파편의 개수가 전체 파편개수의 15% 이하를 만족할 수 있다. 이를 통해 투자율이 비교적 낮은 Fe계 비정질 합금을 자성체로 사용하더라도 우수한 안테나 특성을 발현시킬 수 있음에 따라 Fe계 비정질 합금의 선택 폭을 보다 넓힐 수 있는 이점이 있다. 만일 입경이 100㎛ 이상 ~ 200㎛ 미만인 파편의 개수가 전체 파편개수의 15%를 초과할 경우 자기적 특성이 저하되어 목적하는 수준으로 안테나 특성을 향상시킬 수 없고, 이를 해결하기 위해 투자율이 높은 Fe계 비정질 합금을 선정해야 함에 따라서 사용할 수 있는 자성체의 선택의 폭이 좁아지고, 목적하는 수준으로 자기적 특성을 발현시키기 위해서는 차폐층의 두께를 증가시켜야 함에 따라서 자기장 차폐유닛을 박형화할 수 없는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 포함되는 자기장 차폐층은 입경이 50㎛ 미만인 파편의 개수가 전체 파편개수의 15% 이상을 만족할 수 있고, 보다 바람직하게는 60%이하일 수 있다. 만일 입경이 100㎛ 미만인 파편의 개수가 전체 파편개수의 15% 미만일 경우 목적하는 수준으로 안테나 특성의 향상을 기대하기 어려울 수 있고, 60%를 초과할 경우 오히려 안테나특성이 저하하는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 상술한 Fe계 합금 파편(111)들 중 일부 인접하는 파편(111a/111b, 111b/111d) 사이의 틈새 적어도 일부에 침투되어 배치될 수 있는 유전체(112)에 대해 설명한다.
상기 유전체(112)는 인접하는 Fe계 합금 파편을 부분적 또는 전체적으로 절연시켜 발생되는 와전류를 더욱 최소화시키는 동시에 쪼개진 Fe계 합금 파편들(111)이 자기장 차폐층(110) 내부에서 이동하지 못하도록 고정시키고 지지하며, 수분이 침투하여 합금이 산화되는 것을 방지하고, 자기장 차폐층에 외력이 가해지거나 구부려질 때 파편들(111)의 추가적 부서짐, 미세조각화 되는 것을 방지하는 완충재 역할을 수행할 수 있다.
상기 유전체(112)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 Fe계 합금 파편(111a)과 제2 Fe계 합금 파편(111b)간 틈새(S1, S2, S3) 중 일부의 틈새(S1, S3)에는 유전체(112a1, 112a2)가 침투하여 배치되나, 일부 틈새(S2)에는 유전체가 침투하여 배치되지 않은 상태의 빈 공간으로 남아있을 수 있고, 이를 통해 Fe계 합금 파편을 부분적 절연시킬 수 있다.
한편, 다른 일예로 도 2에 도시된 바와 같이 유전체(112’)는 인접하는 파편(111a,~ 111d)간 틈새에 모두 배치되어 Fe계 합금 파편 전부를 절연시킬 수 있다.
상기 유전체(112, 112’)의 재질은 통상적으로 유전체로써 알려진 물질일 수 있으며, Fe계 합금 파편을 고정시킨다는 측면에서 접착성을 구비한 물질이 바람직할 수 있고, 이와 같은 물성을 발현하는 재질의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써 상기 유전체(112, 112’)는 유전체 형성 조성물이 경화되어 형성되거나 열에 의해 용융 후 냉각되어 형성되거나 상온에서 가압을 통해 접착력을 발현하는 조성물일 수도 있다. 경화되어 유전체를 형성하는 조성물에 대한 일예로써, 상기 유전체 형성 조성물은 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 경화제를 포함할 수 있다. 또한, 상기 유전체 형성 조성물은 경화 촉진제, 용매를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(ABS), 아크릴로니트릴-스티렌 수지(AN), 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리아미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 페녹시 수지, 폴리우레탄계 수지, 나이트릴부타디엔 수지 등을 1 종 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기 열경화성 수지는 페놀계수지(PE), 유레아계 수지(UF), 멜라민계 수지(MF), 불포화 폴리에스테르계 수지(UP) 및 에폭시 수지 등을 1종 이상 포함할 수 있고, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 경우 비스페놀 A형, 비스페놀 F형, 비스페놀 S형, 취소화 비스페놀 A형, 수소첨가 비스페놀 A형, 비스페놀 AF형, 비페닐형, 나프타렌형, 플로렌형, 페놀 노볼락형, 크레졸 노보락형, 트리스하이드록실페닐메탄형, 테트라페닐메탄형 등의 다관능 에폭시 수지 등을 단독 또는 병용해서 사용할 수 있다.
상기 열경화성 수지를 열가소성 수지와 혼합하여 사용하는 경우 열경화성 수지의 함량은 열가소성 수지 100 중량부에 대해 열가소성 수지를 5 ~ 95 중량부 혼합할 수 있다.
또한, 상기 경화제는 공지의 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수가 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 아민 화합물, 페놀 수지, 산무수물, 이미다졸 화합물, 폴리아민 화합물, 히드라지드 화합물, 디시안디아미드 화합물 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 경화제는 바람직하게는 방향족 아민 화합물 경화제 또는 페놀 수지 경화제로부터 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지는데, 방향족 아민 화합물 경화제 또는 페놀 수지 경화제는 상온에서 장기간 보관하여도 접착 특성 변화가 적은 장점을 가진다. 방향족 아민 화합물 경화제로는m-자일렌디아민, m-페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐셜폰, 디아미노디에칠디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 2,2‘-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]셜폰, 4,4’-비스(4-아미노페녹시)비페닐, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠 등이 있으며 이들을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 페놀 수지 경화제로는 페놀노볼락수지, 크레졸노볼락수지, 비스페놀A 노볼락수지, 페놀아랄킬수지, 폴리-p-비닐페놀 t-부틸페놀노볼락수지, 나프톨노볼락수지 등이 있으며, 이들을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있다. 경화제의 함량은 열가소성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나 이상의 수지 100 중량부 당 20~60 중량부인 것이 바람직한데, 경화제의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 열경화성 수지에 대한 경화 효과가 부족하여 내열성 저하가 초래되며 반면에 60 중량부를 초과하면, 열경화성 수지와의 반응성이 높아지게 되어 자기장 차폐유닛의 취급성, 장기보관성 등의 물성 특성을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 경화 촉진제는 선택되는 열경화성 수지 및 경화제의 구체적인 종류에 의해 결정될 수 있음에 따라 본 발명에서는 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적 예로 아민계, 이미다졸계, 인계, 붕소계, 인-붕소계 등의 경화촉진제가 있고, 이들을 단독 또는 병용해서 사용할 수 있다. 경화 촉진제의 함량은 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중 적어도 하나 이상의 수지 100 중량부 당 약 0.1~10 중량부, 바람직하게는 0.5~5 중량부가 바람직하다.
또한, 상술한 유전체 조성물을 통해 형성된 유전체(112, 112’)는 후술하는 제1 접착층(140b) 및 제2 접착층(130b) 중 어느 하나 이상의 접착층 일부가 Fe계 합금 파편 간의 이격된 공간에 침투하여 형성될 수 있음에 따라 유전체와 제1 접착층(140b) 및 제2 접착층(130b) 중 어느 하나 이상의 접착층의 조성은 서로 동일할 수 있다.
상술한 Fe계 합금 파편(111)들 및 파편의 이격공간에 침투한 유전체(112)를 포함하는 자기장 차폐층(110)의 두께는 상술한 Fe계 합금 파편의 유래가 되는 Fe계 비정질 합금 리본의 두께일 수 있으며, 파편들로 이루어진 하나의 층 상부나 하부를 덮는 유전체의 두께를 제외하고 한 층의 자기장 차폐층(110) 두께는 15 ~ 35㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 자기장 차폐층의 형상은 자기장 차폐유닛이 적용되는 적용처의 형상에 대응되도록 형상이 직사각형, 정사각형의 사각형 이외에 오각형 등의 다각형이나 원형, 타원형이나 부분적으로 곡선과 직선이 혼재된 형상일 수 있다. 예를 들어 안테나의 형상(Ex. 환형)에 대응해 그와 동일한 형상(환형)을 가질 수 있다. 이때 자기장 차폐유닛의 크기는 대응되는 안테나 크기보다 약 1 ~ 2mm 더 넓은 폭으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 자기장 차폐층(110, 110’)의 상부에는 기재필름(140a) 및 상기 기재필름(140a) 일면에 형성된 제1 접착층(140b)을 구비하는 보호부재(140)를 구비할 수 있고, 상기 자기장 차폐층(110, 110’)의 하부에는 접착부재(130)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 상기 보호부재(140)의 기재필름(140a)은 통상적으로 자기장 차폐유닛에 구비되는 보호필름일 수 있고, 안테나를 구비하는 기판에 차폐시트를 부착시키는 공정에서 경화를 위해 가해지는 열/압력 등을 견딜 수 있을 만큼의 내열성 및 외부에서 가해지는 물리적, 화학적 자극에 대해 자기장 차폐층(110, 110’)을 보호할 수 있을 정도의 기계적 강도, 내화학성이 담보되는 재질의 필름의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 가교 폴리프로필렌, 나일론, 폴리우레탄계 수지, 아세테이트, 폴리벤즈이미다졸, 폴리이미드아마이드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌설파이드(PPS). 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 등이 있으며, 이들을 단독 또는 병용할 수 있다.
또한, 상기 기재필름(140a)은 1 ~ 100㎛, 바람직하게는 10 ~ 30 ㎛의 두께를 가지는 것을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 보호부재(140)는 상기 기재필름(140a)의 일면에 제1 접착층(140b)을 구비할 수 있는데, 상기 제1 접착층(140b)을 통해 보호부재(140)가 자기장 차폐층(110)에 부착될 수 있다. 상기 제1 접착층(140b)은 통상의 접착층인 경우 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 상술한 유전체 형성조성물일 수 있고, 이를 통해 와전류 발생을 최소화시킬 수 있으며, 자기장 차폐층(110)에 구비되는 유전체(112)와 상용성 증가로 더욱 향상된 접착력을 발현할 수 있다. 이에 따라 유전체(112)의 조성과 상기 제1 접착층(140b)의 조성은 동일할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 접착층(140b)의 두께는 3 ~ 50㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 변경하여 실시될 수 있다.
다음으로 상기 접착부재(130)는 자기장 차폐유닛(100, 100’)을 안테나 또는 안테나가 구비된 기판 등에 부착시키기 위한 역할을 수행한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 접착부재(130)는 자기장 차폐유닛(100, 100’)을 피부착면에 부착시키는 제2 접착층(130b)을 포함할 수 있고, 상기 제2 접착층(130b)을 보호하기 위한 이형필름(130a)을 더 구비할 수 있다. 상기 이형필름(130a)은 제2 접착층(130b)에서 쉽게 제거될 수 있는 통상의 공지된 이형필름의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 제2 접착층(130b)은 자기장 차폐층(110, 110’)의 하부에 접착조성물이 도포되어 형성되거나, 이형필름(130a)상에 접착조성물이 도포되어 형성된 제2 접착층(130b)이 자기장 차폐층(110, 110’)에 부착되어 구비될 수 있다. 또는 상기 제2 접착층은 기계적 강도의 보강을 위해 필름 형상의 지지기재 양면에 접착제가 도포된 양면형 접착부재일 수 있고, 지지기재 상부에 형성된 일접착층은 자기장 차폐층(110, 110’)의 하부면에 부착되고, 지지기재의 하부에 형성된 일접착층은 피부착면에 접착되기 전까지 이형필름(130a)이 부착될 수 있다.
또한, 상기 제2 접착층(130b)은 부착되는 자기장 차폐층의 일표면부에서 차폐층의 내부쪽으로 존재하는 파편들 간 틈새에 침투하여 Fe계 파편을 부분적으로 또는 전부 절연시킬 수 있다. 이에 상기 제2 접착층(130b)은 상술한 유전체(112, 112’)의 유래일 수 있고, 이에 따라 상기 제2 접착층(130b)을 형성시키는 접착조성물은 상술한 유전체 형성 조성물일 수 있다. 한편, 제2 접착층(130b)이 상술한 유전체(112, 112’)의 유래가 아니더라도 제2 접착층(130b)과 자기장 차폐층에 구비된 유전체(112, 112’)와의 상용성 증가를 통한 접착력 향상을 위해 제2 접착층(130b) 형성 조성물은 상술한 유전체 형성 조성물과 동일할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 상이한 조성이어도 무방하다.
한편, 본 발명에 따른 자기장 차폐유닛(100, 100’)은 외부로 누설되는 자기장을 차폐하여 서로 대향하는 무선전력 송신안테나 및 무선전력 수신안테나로 자기장을 더욱 집속시키고, 와전류발생에 따른 자기손실을 현저히 저하시킴에 따라서 무선전력전송용 안테나의 코일 품질지수에 대한 상대이득이 1.2 이상, 보다 바람직하게는 1.25 이상, 보다 더 바람직하게는 1.3 이상을 만족할 수 있다.
무선전력전송용 안테나의 코일 품질지수에 대한 상대이득이란, 자기장 차폐유닛 없이 무선전력전송용 안테나 단독으로 측정된 코일의 품질지수 값에 대비한 자기장 차폐유닛 상에 무선전력전송용 안테나가 인접배치되었을 때 향상되는 안테나 코일의 품질지수의 정도에 대한 파라미터로써, 상대이득이 1인 경우 자기장 차폐유닛의 조합에도 불구하고 안테나코일의 품질지수가 향상되지 않고 동일한 경우이며, 상대이득이 1 미만인 경우 자기장 차폐유닛으로 인해 오히려 안테나코일의 품질지수가 감소한 경우에 해당함에 따라서 상대이득이 클수록 무선전력전송 효율 및 전송거리에 있어서 유리하다.
상기 상대이득은 자기장 차폐유닛 없이 안테나로만 측정된 제1코일품질지수와 자기장 차폐유닛 상에 안테나를 위치시킨 뒤 동일조건으로 측정된 제2코일품질지수의 비로 계산된다. 상기 제1코일품질지수는 특정한 제1안테나를 LCR미터에 연결시키고, 100kHz/1V의 조건에서 LCR미터로 측정한 결과값에 해당한다. 또한, 상기 제2코일품질지수는 가로, 세로 50㎜×50㎜인 사각형의 자기장 차폐유닛상에 LCR미터와 연결된 상기 제1안테나를 위치시킨 후 일정 압력으로 제1안테나를 누른 상태로 100kHz/1V의 조건에서 LCR미터로 측정한 결과값에 해당한다.
본 발명에 따른 무선전력전송용 자기장차폐유닛은 상술한 방법에 의해 측정 및 계산되는 상대이득이 1.2이상, 바람직하게는 1.25 이상, 보다 바람직하게는 1.3이상을 만족함에 따라서 안테나 자체의 고유특성보다도 보다 향상된 안테나 특성을 발휘시킴에 따라서 무선전력 신호의 송수신이나 각종 데이터 신호의 전송에 사용시 보다 향상된 무선전력 전송효율/전송거리 및/또는 데이터 전송효율/전송거리를 달성하게 할 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 자기장 차폐유닛은 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 열처리된 합금내 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 비정질 합금 리본시트를 준비하는 단계(a)를 수행할 수 있다. 상기 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 비정질 합금 리본은 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)와 같은 공지된 방법을 통해 제조될 수 있다. 제조된 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 비정질 합금 리본은 시트상으로 컷팅 후 투자율의 조절을 위해 열처리공정을 거칠 수 있다. 이때 열처리 온도는 Fe계 비정질 합금의 조성, 조성비 및 목적하는 합금의 투자율의 정도에 따라 달리 선택될 수 있는데, 목적하는 동작주파수 범위에서 일정수준 이상의 우수한 물성을 발현하기 위하여 대기분위기 또는 질소분위기하에서 300 ~ 700℃의 온도, 보다 바람직하게는 500 ~ 700℃로 30분 ~ 2시간 동안 열처리 처리될 수 있다. 만일 열처리 온도가 300℃ 미만일 경우 목적하는 투자율 수준에 비해 투자율이 너무 낮거나 너무 높을 수 있고, 취성이 약해 파쇄시켜 파편화시키기 어려울 수 있고, 열처리 시간이 연장될 수 있다. 또한, 열처리 온도가 600℃를 초과하는 경우 투자율이 현저히 낮아지는 문제점이 있다.
다음으로, 합금내 Cu 및 Nb를 포함하는 Fe계 합금 리본을 파쇄하여 생성된 Fe계 합금 파편 간의 이격공간에 유전체를 형성시키는 단계(b)를 수행할 수 있다.
먼저, 상기 (b) 단계에 대한 일실시예는 Fe계 합금 리본의 일면에 제1 접착층이 형성된 보호부재를 부착시키고, 타면에 제2 접착층이 형성된 접착부재를 부착시킨 적층체를 파쇄장치를 통과시켜 상기 Fe계 합금 리본을 비정형의 파편으로 조각낼 수 있다. 이후 적층체에 압력을 가하여 상기 Fe계 합금 파편간의 이격공간에 상기 제1 접착층과 제2 접착층이 침투되어 파편을 고정, 지지시키는 동시에 파편들을 서로 절연시켜 와전류 발생을 현저히 감소시키고 수분의 침투를 막아 비정질 합금이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 상기 적층체에 압력을 가하는 방법은 파쇄장치에서 파쇄와 함께 적층체에 압력을 가하는 방식으로 수행되거나 적층체를 파쇄된 후 제1 접착층과 제2 접착층의 침투정도를 더욱 높이기 위해 별도의 가압공정을 더 수행할 수도 있다.
구체적으로 도 4에 도시된 것과 같이, 요철(11a, 12a)이 있는 복수개의 제1 롤러(11, 12)와 상기 제1 롤러(11, 12)와 각각 대응되는 제2 롤러(21, 22)를 구비하는 파쇄장치에 적층체(100a)를 통과시켜 적층체(100a)를 파쇄 및 가압시킨 뒤 제3 롤러(13) 및 상기 제3 롤러(13)에 대응되는 제4 롤러(23)를 통해 적층체(100b)를 더 가압시켜 자기장 차폐유닛(100)를 제조할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 것과 같이 일표면에 복수개의 금속볼(31)이 장착된 지지판(30) 및 상기 지지판(30)의 상부에 위치하고, 피파쇄물을 이동시키기 위한 롤러(41, 42)를 구비하는 파쇄장치에 Fe계 합금 리본시트를 포함하는 적층체(100a)를 투입시켜 상기 금속볼(31)을 통해 압력을 가해 리본시트를 파쇄시킬 수 있다. 상기 볼(31)의 형상은 구형일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 삼각형, 다각형, 타원 등일 수 있고, 단일의 제1 롤러에 구비되는 볼의 형상은 한가지 형상으로 구성되거나 여러 형상이 혼합되어 구성될 수도 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상술한 자기장 차폐층은 자기장 차폐유닛(100”)에 복수개(110A, 110B, 110C)로 구비되고, 인접한 자기장 차폐층(110A/110B, 110B/110C) 사이에는 와전류를 감소시키기 위한 유전체층(131, 132)이 개재될 수 있다. 경우에 따라 단일의 자기장 차폐층만 구비시켜 차폐유닛을 구현하고, 이를 무선전력 전송용 안테나와 조합시켰을 경우 목적하는 수준의 무선전력신호의 전송효율이 발현되지 못할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 자기장 차폐유닛은 자기장 차폐층을 복수개로 구비하여 자기장 차폐용량을 증가시킴으로써 무선전력 전송용 안테나의 인덕턴스를 더욱 향상시키는 반면에 비저항은 상대적으로 적게 증가시킴에 따라 높은 품질지수를 발현하게 하여 우수한 무선전력 전송효율 및 전송거리를 달성하기에 보다 적합할 수 있다.
상기 자기장 차폐유닛 내에 복수개로 자기장 차폐층을 구비할 경우 2 ~ 12개, 보다 바람직하게는 3 ~ 10개의 자기장 차폐층을 구비함이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 자기장 차폐층의 적층수를 무한정 증가시킨다 하여 목적하는 수준의 물성을 달성하는 것은 아니며, 만일 자기장 차폐층의 적층수가 12개를 초과하는 경우 무선전력 전송용 안테나의 인덕턴스 증가 정도에 비해 비저항 증가 정도가 현저히 커서 안테나의 품질계수 향상의 폭이 미미할 수 있고, 두께가 두꺼워져 차페유닛의 박형화에 바람직하지 못할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 것과 같이 자기장 차폐층(110A, 110B, 110C)이 복수개로 구비되는 경우 인접하는 자기장 차폐층(110A/110B, 110B/110C) 사이에 와전류를 감소시키기 위한 유전체층(131, 132)이 개재될 수 있고, 상기 유전체층(131, 132)은 절연접착층일 수 있다. 이때, 상기 절연접착층은 상술한 유전체 형성 조성물을 통해 형성될 수 있다. 구체적으로 복수개의 Fe계 합금 리본을 상기 절연접착층(131, 132)을 개재시켜 적층시킨 뒤 리본을 파쇄시켜 복수개의 자기장 차폐층(110A, 110B, 110C)이 구비된 자기장 차폐유닛(100")을 제조할 수 있는데, 이 경우 제1자기장 차폐층(110A)의 하부부분과 인접한 제2자기장 차폐층(110B)의 상부부분에 포함되는 유전체는 두 자기장 차폐층(110A, 110B) 사이에 개재되는 절연접착층(131)이 제1자기장 차폐층(110A)의 하부부분과 제2자기장 차폐층(110B)의 상부부분에 위치하는 Fe계 파편 간의 이격공간에 침투하여 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 절연접착층(131, 132)의 두께는 적층된 자기장 차폐층(110A, 110B, 110C)의 상부에 구비될 수 있는 보호부재의 제1 접착층(130b) 및/또는 하부에 구비될 수 있는 접착부재의 제2 접착층(140b)의 두께보다 크거나 같을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 다른 실시예는 상기 유전체층(131, 132)이 방열접착층일 수도 있는데, 상기 방열접착층은 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 등의 접착성분에 니켈, 은, 탄소소재 등의 공지된 방열필러가 혼합된 것일 수 있으며, 구체적인 조성 및 함량은 공지된 조성 및 함량을 따를 수 있음에 따라 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 자기장 차폐층(110A, 110B, 110C)이 복수개로 구비되는 경우 각각의 자기장 차폐층에 포함되는 Fe계 합금의 조성은 서로 동일하거 상이할 수 있다. 또한, 조성이 동일하더라도 열처리 시간 등의 상이함으로 인해 각각의 자기장 차폐층의 투자율이 서로 다를 수 있다. 또한, 각각의 자기장 차폐층의 두께도 목적에 따라 서로 동일하거나 상이하게 구성시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛(100, 100’, 100”)은 Qi 방식에 적용될 수도 있고, 영구자석에서 발생되는 자기력선의 일부가 어트랙터(미도시)를 통해 유도되는 PMA 방식의 무선충전에 적용될 수도 있음을 밝혀둔다. 더불어, 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛(100, 100’, 100”)은 수십㎑ 내지 6.78MHz의 주파수에서 무선충전이 이루어지는 자기공진방식에도 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛은 상술한 Fe계 합금 파편을 포함하는 자기장 차폐유닛 이외에 이종의 자기장 차폐유닛을 더 구비하여 복합 자기장 차폐유닛을 구현하며, 상기 이종의 자기장 차폐유닛이란 제1자기장차폐유닛과 소정의 주파수에서 자기특성이 상이한 차폐유닛을 의미한다.
상기 자기특성이란 차폐유닛이 발현하는 자기적 특성으로, 포화자기장, 투자율 및 투자손실율 등의 차폐유닛에 포함된 자성체 고유의 자기적 특성을 의미할 수 있다.
도 7a를 참고로 설명하면, 복합 자기장 차폐유닛(1000)은 상술한 Fe계 비정질 합금 파편을 포함하는 자기장 차폐층(110, 110’)을 구비하는 무선전력전송용 자기장 차폐유닛인 제1자기장 차폐유닛(1100) 및 상기 제1자기장 차폐유닛(1100)과 소정의 주파수에서 자기특성이 상이한 제2자기장 차폐유닛(1200)을 포함하고, 두 차폐유닛(1100, 1200)이 적층된 구조일 경우 상기 제1 자기장 차폐유닛(1100)과 제2 자기장 차폐유닛(1200)은 접착층(미도시)을 통해 상호 부착될 수 있고, 상기 제1 자기장 차폐유닛(1100) 상부에 제1 접착층(1400b)이 일면에 형성된 보호부재(1400)가 더 구비되며, 제2 자기장 차폐유닛(1200) 하부에 제2 접착층(1300b)이 일면에 형성된 접착부재(1300)가 더 구비될 수 있다.
소정의 주파수에서 자기특성이 상이한 이종의 차폐시트를 포함하는 자기장 차폐유닛은 상이한 주파수 대역에서 동작하는 2 이상의 안테나를 구비하는 복합안테나유닛에서 각각의 안테나 특성을 향상시키기에 적합할 수 있다. 이러한 일예로 상기 제1자기장 차폐유닛(1100)은 저주파 대역인 100~300kHz의 주파수 대역에서 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)보다 상대적으로 높은 투자율을 갖도록 구비될 수 있고, 100~300kHz의 주파수 대역에서 상기 제2 자기장 차폐유닛(1200)보다 상대적으로 큰 포화자기장을 갖도록 구비될 수 있으며, 100~300kHz의 주파수 대역에서 상기 제1 자기장 차폐유닛(1100) 및 제2자기장 차폐유닛(1200)이 서로 동일한 투자율을 갖는 경우 상기 제1자기장 차폐유닛(1100)의 투자손실률이 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)의 투자손실률보다 상대적으로 작은 값을 갖도록 구비될 수 있다.
이와 같은 구체적인 일례로, 페라이트 시트를 자성체로 포함하는 제2 자기장 차폐유닛(1200)이 상술한 무선충전용 자기장차폐 유닛(100, 100’, 100’’)을 포함하는 제1자기장 차폐유닛(1100)과 조합될 수 있다.
이때, 상기 제1자기장 차폐유닛(1100)은 100 ~ 300kHz의 주파수 대역에서 제2 자기장 차폐유닛(1200)보다 상대적으로 높은 투자율을 갖기 때문에 무선 충전시 무전전력 송신모듈로부터 전송되는 100~300kHz 주파수의 전력신호에 따라 생성되는 교류 자기장이 상대적으로 높은 투자율을 갖는 제1자기장 차폐유닛(1100)측으로 유도됨으로써 상기 제1자기장 차폐유닛(1100) 측에 배치된 제1안테나로 무선 전력신호가 높은 효율로 수신될 수 있도록 유도할 수 있게 된다. 또한, 제2자기장 차폐유닛(1200)은 13.56MHz의 주파수 대역에서 제1자기장 차폐유닛(1100)보다 상대적으로 높은 투자율을 갖기 때문에 근거리 무선통신(NFC)이 이루어지는 경우 RF리더기에 설치된 안테나로부터 발생된 13.56MHz 고주파 신호에 의해 생성되는 교류 자기장이 해당 주파수에서 상대적으로 높은 투자율을 갖는 제2자기장 차폐유닛(1200)측으로 유도됨으로써 상기 제2 자기장 차폐유닛(1200) 측에 배치된 NFC용 안테나측으로 고주파신호가 높은 효율로 수신될 수 있도록 유도할 수 있게 된다.
또한, 100~300kHz의 주파수 대역에서 상기 제1 자기장 차폐유닛(1100) 및 제2 자기장 차폐유닛(1200)가 서로 동일한 투자율을 갖더라도 상기 제1 자기장 차폐유닛(1100)의 투자손실률이 상기 제2 자기장 차폐유닛(1200)의 투자손실률보다 상대적으로 작은 값을 갖도록 구비되면 결과적으로 무선전력전송시 투자손실률에 의한 투자율의 손실이 줄어들게 된다.
한편, 제2자기장 차폐유닛(1200)에 구비되는 페라이트 시트는 13.56MHz의 주파수 대역에서 Fe계 합금 파편들 보다 복소투자율의 실수부 및 허수부의 비율에 있어서 상대적으로 높을 수 있어서 근거리 무선통신(NFC)이 이루어지는 경우 RF리더기에 설치된 안테나로부터 발생된 13.56MHz 고주파 신호에 의해 생성되는 교류 자기장이 상대적으로 높은 실수부/허수부 비율을 갖는 제2 자기장 차폐유닛(1200)측으로 유도됨으로써 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)와 대응되는 영역에 배치된 NFC용 안테나측으로 고주파신호가 높은 효율로 수신될 수 있도록 유도할 수 있게 된다.
또한, 13.56MHz의 주파수에서 상기 제1자기장 차폐유닛(1100) 및 제2 자기장 차폐유닛(1200)이 서로 동일한 투자율을 갖더라도 상기 제2 자기장 차폐유닛(1200)의 투자손실률이 상기 제1 자기장 차폐유닛(1100)의 투자손실률보다 상대적으로 작은 값을 갖도록 구비되면 결과적으로 근거리 무선통신(NFC)시 투자손실률에 의한 투자율의 손실이 줄어들게 된다. 이에 따라, RF 리더기에서 발생되는 13.56MHz 고주파 신호에 의해 생성되는 교류 자기장이 상대적으로 높은 투자율을 갖는 제2 자기장 차폐유닛(1200)측으로 유도됨으로써 상기 제2 자기장 차폐유닛(1200)측에 배치된 NFC용 안테나측으로 고주파신호가 높은 효율로 수신될 수 있도록 유도할 수 있게 된다.
한편, 제1자기장 차폐유닛(1100) 및 제2자기장 차폐유닛(1200)의 배치관계는 상이한 기능을 수행하는 각각의 안테나 위치에 대응하도록 배치될 수 있고, 이에 따라 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)와 동일한 두께를 갖는 제1자기장 차폐유닛(1100)이 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)에 삽입된 형태로 구비될 수도 있으며(도 7b 참조), 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)보다 얇은 두께를 갖는 제1 자기장 차폐유닛(1100)이 상기 제2자기장 차폐유닛(1200)의 일면에 삽입된 형태로 구비될 수도 있다(도 7c참조).
상기 제2자기장 차폐유닛(1200)은 제1자기장 차폐유닛(1100)과는 소정의 주파수에서 상이한 자기특성을 가지도록 자성체를 구비하는데, 제2자기장 차폐유닛(1200)은 상기 자성체가 시트형상으로 층을 이루어 포함되거나 자성체 분말이 폴리머에 분산된 폴리머 시트형상으로 층을 이루어 포함될 수 있다.
상기 제2자기장 차폐유닛(1200)에 포함되는 자성체는 자기장 차폐유닛에 구비될 수 있는 공지된 자성체이며, 제1자기장 차페유닛(1100)이 발현하는 소정의 주파수에서의 자기특성과 상이한 자기특성을 발현시키는 자성체인 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 비정질 합금, Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트, 수퍼코어(super core, Fe-Si), FeSiCr, 퍼멀로이, MPP(Moly-Permalloy Powder) 및 샌더스트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 자성체일 수 있다. 상기 비정질 합금은 Fe계, Co계, Ni계 중 어느 하나의 비정질 합금으로 이루어진 비정질 리본을 사용할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 여러 실시예들의 무선충전용 자기장 차폐유닛(100, 100’, 100”) 또는 복합 자기장 차폐유닛(1000, 1000’, 1000”)은 적어도 어느 일면에 전자파 차폐 및/또는 방열을 수행하는 기능층(미도시)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있고, 이를 통해 기능층을 구비하는 자기장 차폐유닛이 전원노이즈와 같은 전자파로 인하여 조합되는 안테나의 주파수 변동폭이 현저히 증가하는 것을 방지하여 안테나의 불량률을 감소시키며, 적용되는 휴대기기 등의 발열시 열분산이 용이하여 발열로 인한 부품의 내구성 저하, 기능저하, 사용자에게 열전달로 인한 불쾌감을 방지할 수 있다. 또한, 자기장 차폐유닛의 상부 및/또는 하부에 구비된 기능층이 방열기능을 구비한다면 자기장 차폐유닛의 수평방향으로 열전도도를 향상시키는 동시에 자기장 차폐유닛에 포함된 자기장 차폐층이 파편 간의 이격된 미세공간에 공기를 포함하고 있음에 따라 상기 미세공간의 공기에 의한 단열효과로 인해 자기장 차폐층의 수직방향으로의 열전도는 억제되는 단열층으로써 기능할 수 있다.
구체적으로 자기장 차폐유닛(100)의 보호부재(130)의 상부 및/또는 접착부재(140)의 하부에 전자파 차폐층, 방열층 및/또는 이들이 적층된 복합층이나 이들이 하나의 층으로 기능이 복합된 복합층과 같은 기능층이 구비될 수 있다. 일예로, 열전도도 및 도전율이 우수한 구리, 알루미늄 등의 금속 포일이 접착제나 양면테이프를 통해 보호부재(130)의 상부에 부착될 수 있다. 또는 Cu, Ni, Ag, Al, Au, Sn, Zn, Mn, Mg, Cr, Tw, Ti 또는 이들 금속의 조합이 보호부재(130)상에 스퍼터링, 진공증착, 화학기상증착 등의 공지된 방법으로 증착되어 금속박막을 형성할 수도 있다. 상기 기능층이 접착제를 통해 구비되는 경우 상기 접착제는 공지의 접착제일 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 등의 접착제를 사용할 수 있다. 한편, 상기 접착제에도 방열성능을 부여시켜 사용할 수 있고, 이를 위해 접착제에 니켈, 은, 탄소소재 등의 공지된 필러를 혼합시킬 수 있으며, 상기 필러의 함량은 접착제의 접착성능을 저해하지 않으면서 방열성능을 발현할 수 있을 정도의 함량으로 구비되면 족함에 따라서 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 기능층의 두께는 5 ~ 100㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 자기장 차폐유닛의 박막화를 위해 10 ~ 20㎛의 두께로 형성시킴이 바람직하다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛(100, 100’, 100”)은 도 8에 도시된 바와 같이 자기장 차폐유닛(100’) 및 무선전력전송용 안테나(152)를 구비하는 안테나유닛(150)을 포함하는 무선전력전송모듈에 적용될 수 있다. 여기서, 상기 무선전력전송모듈은 전자기기 측으로 무선 신호를 송출하는 무선전력 송신모듈일 수도 있고, 무선전력 송신모듈로부터 무선 신호를 수신하는 무선전력 수신모듈일 수도 있다. 또한, 상기 무선전력전송용 안테나(152)는 코일이 일정한 내경을 가지도록 감겨진 안테나 코일일 수 있고 또는 기판상에 안테나 패턴이 인쇄된 안테나 패턴일 수 있으며, 구체적인 무선충전용 안테나의 형상, 구조, 크기, 재질 등은 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 복합 차폐유닛(1000, 1000’, 1000”)은 마그네틱 보안 전송(MST)용 안테나 및 근거리 무선통신(NFC)용 안테나 중 적어도 한 개의 안테나 및 무선전력전송용 안테나를 포함하는 안테나 유닛의 일면에 배치되어 복합유닛을 구현할 수 있다. 도 9를 참조하면, 복합모듈은 안테나유닛(1500) 및 복합 차폐유닛(1000’)을 포함하고, 상기 안테나 유닛(1500)은 회로기판(1510)의 최외곽에 구비되는 근거리 무선통신용 안테나(1540) 및 이로부터 내측에 순차적으로 각기 이격되어 구비된 마그네틱 보안 전송(MST)용 안테나(1530) 및 무선전력전송용 안테나(1520)를 구비할 수 있고, 복합 자기장 차폐유닛(1000’)의 하부에 구비되는 접착부재(1300’)를 통해 상기 안테나 유닛(1500) 상에 부착되어 복합모듈을 형성할 수 있다.
나아가, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력전송모듈 또는 복합모듈은 전송된 무선전력 신호를 수신하는 무선전력 수신모듈 또는 전송된 무선전력/데이터를 수신하는 복합 수신모듈로 휴대기기에 구비될 수 있으며, 이를 통해 무선충전 효율, 데이터 수신 효율 및 충전거리 또는 데이터 수신거리가 현저히 향상될 수 있다
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 Fe73 . 5Si13 . 5B9CuNb3 비정질 합금 리본을 제조 후에 시트 형상으로 커팅한 두께가 24㎛인 리본시트 1장을 610℃, N2 분위기에서 1시간 무자장 열처리하여 리본시트를 제조하였다. 리본시트 일면에 두께가 7㎛이고, 일면에 점착층이 형성된 PET 보호부재(국제라텍, KJ-0714)를 부착시킨 후, 도 5 및 도 10에 도시된 것과 같은 파쇄장치를 3회 통과시켜 하기 표 1과 같은 자기장 차폐유닛을 제조하였다.
<실시예 2 ~ 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 리본시트의 투자율 및/또는 파쇄횟수를 하기 표 1과 같이 변경하여 하기 표 1과 같은 자기장 차폐유닛을 제조하였다.
<비교예 1 ~ 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 파쇄횟수를 1회로 하고, 리본시트의 투자율을 변경하여 하기 표 2와 같은 자기장 차폐유닛을 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 및 비교예를 통해 준비된 자기장 차폐유닛에 대해 하기의 물성을 평가하여 하기 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
1. 파편의 입경분포 분석
가로, 세로 각각 10㎜×10㎜인 자기장 차폐유닛 시편의 일면에 구비된 점착성 보호필름을 박리한 후 광학현미경으로 파편의 입경을 측정하여 입경이 200㎛ 미만인 파편의 개수, 입경이 200㎛ 미만 100㎛ 이상인 파편 개수, 입경이 50㎛ 미만인 파편 개수 및 전체 파편개수를 카운팅 한 후 전체 파편개수에 대비한 입경이 200㎛ 미만인 파편의 개수, 입경이 200㎛ 미만 100㎛ 이상인 파편 개수, 입경이 50㎛ 미만인 파편 개수의 비율을 계산하였다. 이때, 총 5개의 시편에 대해 입경을 측정하여 5개 시편의 평균파편비율을 나타내었다.
2. 안테나 특성평가
하기와 같은 측정방법으로 제1안테나에 대한 인덕턴스와 품질지수를 측정하였다.
*측정방법
50㎜×50㎜인 사각형의 자기장 차폐유닛상에 LCR미터(HIOKI, IM3523 LCR METER)와 연결된 하기 제1안테나를 위치시킨 후 무게 500g의 테프론 재질의 지그를 상기 제1 안테나 상에 올려놓아 제1 안테나를 누른 상태로 100kHz/1V의 조건에서 LCR미터(HIOKI, IM3523 LCR METER)로 제1 안테나 코일의 인덕턴스와 품질지수를 측정한다.
* 제1안테나
1가닥 직경이 0.11mm인 코일 14가닥 감은 와이어를 28턴하여 형성시킨 도 3과 같은 원형의 안테나로써 외경이 34.5㎜이고, 내경이 5㎜이며, 두께가 0.6㎜이다.
또한, 자기장 차폐유닛 없이 제1안테나만으로 제1안테나 코일의 인덕턴스,비저항 및 품질지수를 측정하였다. 측정결과 제1안테나는 100kHz/1V의 조건에서 LCR미터(HIOKI, IM3523 LCR METER)로 측정시 인덕턴스(Ls) 12.21μH, 비저항(Rs) 273mΩ 및 Q값이 28.13이었다.
또한, 측정결과에 대해 각 실시예 및 비교예에 대한 안테나코일의 품질지수에 대한 상대이득을 하기 식에 의해 계산하였다.
[식]
상대이득 = 자기장차폐시트 존재시 제1안테나코일 품질지수 / 제1안테나 단독의 제1안테나코일 품질지수
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | |||
| 자기장 차폐유닛 | 자성체종류 | Fe73 . 5Si13 . 5B9CuNb3 | |||||||
| 투자율 | 700 | 900 | 500 | 500 | 700 | 900 | 900 | ||
| 적층수 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
| 자기장차폐층두께(㎛) | 24 | 24 | 24 | 24 | 24 | 24 | 24 | ||
| 파쇄유무/횟수 | ○/3 | ○/3 | ○/3 | ○/2 | ○/2 | ○/2 | ○/5 | ||
| 파편입도 분포 |
입경200㎛이상(개수%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 입경200㎛미만 100㎛이상(개수%) | 15 | 10 | 10 | 12 | 36 | 18 | 1 | ||
| 입경50㎛미만(개수%) | 28 | 40 | 30 | 16 | 13 | 21 | 64 | ||
| 물성 | 제1안테나 | 인덕턴스(μH) | 17.42 | 17.87 | 16.53 | 16.69 | 17.51 | 18.04 | 17.49 |
| 비저항(mΩ) | 285 | 302 | 275 | 280 | 300 | 316 | 311 | ||
| 품질지수(Q) | 38.3 | 37.2 | 37.8 | 37.3 | 36.2 | 35.7 | 35.6 | ||
| 상대이득 | 1.36 | 1.32 | 1.34 | 1.33 | 1.29 | 1.27 | 1.27 | ||
| 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |||
| 자기장 차폐유닛 | 자성체종류 | Fe73 . 5Si13 . 5B9CuNb3 | |||
| 투자율 | 500 | 700 | 900 | ||
| 적층수 | 1 | 1 | 1 | ||
| 자기장차폐층두께(㎛) | 24 | 24 | 24 | ||
| 파쇄유무/횟수 | ○/1 | ○/1 | ○/1 | ||
| 파편입도 분포 |
입경200㎛이상(개수%) | 14 | 10 | 6 | |
| 입경200㎛미만 100㎛이상(개수%) | 56 | 41 | 30 | ||
| 입경50㎛미만(개수%) | 4 | 7 | 10 | ||
| 물성 | 제1안테나 | 인덕턴스(μH) | 16.88 | 17.7 | 18.37 |
| 비저항(mΩ) | 327 | 348 | 400 | ||
| 품질지수(Q) | 32.3 | 31.8 | 28.6 | ||
| 상대이득 | 1.15 | 1.13 | 1.01 | ||
표 1 및 표 2를 통해 확인할 수 있듯이,
입경이 200㎛ 미만인 파편의 개수가 전체 파편개수에 대해 5% 초과하는 비교예의 경우 실시예에 대비해 제1안테나의 비저항이 크고, 품질지수가 저하된 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 목적하는 무선전력 신호의 송수신 효율/ 송수신 거리가 좋지 않을 것임을 예상할 수 있다.
또한, 입경이 100㎛ 이상 ~ 200㎛ 미만인 파편개수가 전체 파편개수의 15%를 초과하는 실시예 5 및 실시예 6의 경우 그렇지 않은 실시예 1 내지 4에 대비하여 안테나특성이 저하된 것을 확인할 수 있다.
또한, 미세파편의 개수가 증가하여 입경이 50㎛ 미만인 파편의 개수가 전체 파편개수의 60%를 초과하는 실시예 7의 경우 실시예 2에 대비하여 제1안테나 특성이 오히려 저하된 것을 확인할 수 있다.
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.
100,100’,100”: 무선전력전송용 자기장 차폐유닛
110,110’,110”: 자기장 차폐층
130: 제1접착부재 140: 보호부재
150: 무선전력전송용 안테나유닛
1000,1000’,1000”: 복합 자기장 차폐유닛
1100,1100’,1100”: 제1 자기장 차폐유닛
1200,1200’,1200”: 제2 자기장 차폐유닛
1300,1300’,1300”:접착부재 1400, 1400’,1400”: 보호부재
1500: 안테나 유닛
110,110’,110”: 자기장 차폐층
130: 제1접착부재 140: 보호부재
150: 무선전력전송용 안테나유닛
1000,1000’,1000”: 복합 자기장 차폐유닛
1100,1100’,1100”: 제1 자기장 차폐유닛
1200,1200’,1200”: 제2 자기장 차폐유닛
1300,1300’,1300”:접착부재 1400, 1400’,1400”: 보호부재
1500: 안테나 유닛
Claims (15)
- 다수개의 파편들로 쪼개진 Fe계 합금 리본시트가 포함된 자기장 차폐층;을 구비하고, 상기 Fe계 합금은 규소(Si), 붕소(B), 구리(Cu) 및 니오븀(Nb)을 포함하며, 상기 쪼개진 Fe계 합금 리본시트에서 입경이 200㎛ 이상인 파편의 개수는 전체 파편개수의 5% 이하인 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛으로서,
소정의 무선전력전송용 안테나에 100kHz, 1V의 조건으로 LCR 미터를 통해 하기 수학식의 품질지수를 측정할 때, 상기 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛을 상기 무선전력전송용 안테나에 인접하게 배치시켜 측정한 품질지수는 상기 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛을 구비시키지 않고 상기 무선전력전송용 안테나에 대해 동일한 조건으로 측정한 품질지수에 대비하여 1.25 이상의 상대이득이 있는 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛:
[수학식]
이때, 수학식에서 f는 주파수이고, L은 무선전력전송용 안테나의 인덕턴스이며, R은 무선전력전송용 안테나의 저항을 의미한다. - 제1항에 있어서, 상기 자기장 차폐유닛은
자기장 차폐층의 일면에 배치되는 보호부재 및 상기 자기장 차폐층의 타면에 배치되는 접착부재를 더 포함하는 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛. - 제2항에 있어서,
상기 보호부재는 일면에 구비된 제1 접착층을 통해 자기장 차폐층 일면에 접착되고, 상기 접착부재는 일면에 구비된 제2 접착층을 통해 상기 자기장 차폐층의 타면에 접착되며, 상기 제1 접착층 및 제2 접착층 중 어느 하나 이상의 접착층 일부분이 상기 다수개의 파편들 사이의 틈새 적어도 일부에 침투하여 배치된 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛. - 제1항에 있어서,
상기 Fe계 합금 리본시트는 결정상이 비정질이거나 나노결정립을 포함하는 무선전력전송용 자기장 차폐유닛. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자기장 차폐유닛은 자기장 차폐층을 복수개로 구비하고, 인접한 자기장 차폐층 사이에는 자기장 차폐층 간을 접착시키고 와전류를 감소시키기 위한 유전체층이 개재된 무선전력전송용 자기장 차폐유닛. - 제1항에 있어서,
상기 쪼개진 Fe계 합금 리본시트에서 입경이 100㎛ 이상 ~ 200㎛ 미만인 파편의 개수는 전체 파편개수의 15% 이하인 무선전력전송용 자기장 차폐유닛. - 제1항에 있어서,
상기 자기장 차폐층은 단일층의 두께가 15 ~ 35㎛인 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛. - 제6항에 있어서,
상기 유전체층은 절연접착층 또는 방열접착층인 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛. - 제7항에 있어서,
상기 쪼개진 Fe계 합금 리본시트에서 입경이 50㎛ 미만인 파편개수는 전체 파편개수의 60% 이하인 무선전력전송용 자기장 차폐유닛. - 삭제
- 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛; 및
상기 무선전력전송용 자기장 차폐유닛 상에 배치된 무선전력전송용 안테나유닛;을 포함하는 무선전력전송모듈. - 제1항에 따른 무선전력전송용 자기장 차폐유닛인 제1자기장 차폐유닛; 및
상기 제1자기장 차폐유닛과 소정의 주파수에서 자기특성이 상이한 제2자기장 차폐유닛;를 포함하는 복합 자기장 차폐유닛. - 마그네틱 보안 전송(MST)용 안테나 및 근거리 무선통신(NFC)용 안테나 중 적어도 한 개의 안테나 및 무선전력전송용 안테나를 포함하는 안테나 유닛; 및
상기 안테나 유닛의 일면에 배치되는 제1항에 따른 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛 또는 제13항에 따른 복합 자기장 차폐유닛;을 포함하는 복합모듈. - 제12항에 따른 무선전력전송모듈을 무선전력 수신용 모듈로 포함하는 휴대용 기기.
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