KR101993323B1 - Magnetic field induction materials for wireless charging and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
무선충전용 자기장 유도소재 및 이의 제조방법이 제공된다. 구체적으로, 편상 형태의 금속 자성 분말을 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스 방향을 따라 배향하고, 3차원 구조를 갖도록 형성하여 높은 인덕턴스와 충전효율을 갖는 자기장 유도소재를 제공할 수 있다. Provided are a magnetic field inducing material for a wireless charging and a method of manufacturing the same. Specifically, the magnetic magnetic powder in the form of a plate may be oriented along the flux direction generated in the coil in contact with the magnetic field inducing material and formed to have a three-dimensional structure to provide a magnetic field inducing material having high inductance and charging efficiency.
Description
본 발명은 무선충전용 자기장 유도소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말의 자화용이방향이 플럭스(flux) 방향으로 배향된, 3차원 구조의 무선충전용 자기장 유도소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic field inducing material for wireless charging and a method for manufacturing the same, and more particularly, the magnetic charging direction of the magnetic metal powder in the form of flakes is oriented in the flux direction, and the wireless charging of the three-dimensional structure is performed. It relates to a magnetic field induction material and a manufacturing method thereof.
무선충전 기술은 전기에너지를 특정 주파수의 RF신호로 변환하여 그로부터 발생하는 전자기파를 통해 에너지를 전달하는 무선전력전송(Wireless Power Transmission, WPT) 기술을 이용하여 스마트폰과 같은 개인 휴대용 전자기기 또는 가정용 전자제품, 전기자동차 등에 전력을 공급하거나 충전하는 기술로 상용화를 목적으로 개발되고 있다.Wireless charging technology utilizes Wireless Power Transmission (WPT) technology, which converts electrical energy into RF signals at specific frequencies and delivers energy through electromagnetic waves generated therefrom, and personal portable electronic devices such as smartphones or home electronics. It is a technology that supplies or charges electric power to products and electric vehicles, and is being developed for commercialization.
무선전력전송 기술은 전기에너지를 전자기파 형태로 변환하여 전송선 없이 무선으로 에너지를 부하로 전달하는 기술로서 전기에너지를 전자기파로 변환하기 위해 특정 주파수의 RF 신호로 전기에너지를 변환하여 그로부터 발생하는 전자기파를 이용하여 에너지를 전달한다.Wireless power transmission technology converts electrical energy into electromagnetic waves and transfers energy to the load wirelessly without a transmission line. To convert electrical energy into electromagnetic waves, it converts electrical energy into RF signals of a specific frequency and uses electromagnetic waves generated therefrom. To transfer energy.
이러한 RF 무선전력전송 기술은 자기장을 이용하는 근거리 무선전력전송 기술과 안테나를 이용한 원거리 무선전력전송 기술로 구분된다. 근거리 무선전력전송 기술은 크게 두 가지로, 자기유도 방식과 자기공명 방식이 있다.The RF wireless power transmission technology is classified into a near field wireless power transmission technology using a magnetic field and a long distance wireless power transmission technology using an antenna. There are two short range wireless power transmission technologies, magnetic induction and magnetic resonance.
자기유도 방식은 코일에 유기되는 자기장을 이용하여 전력을 전달하는 방식으로서 1차 코일에 흐르는 전류로부터 발생하는 자기장의 대부분이 전력수신단의 2차코일을 통과하면서 2차코일에 유도전류가 흘러 부하로 에너지를 공급하는 기술로서 스마트폰 이나 웨어러블 기기 등과 같은 15W급 이하의 무선충전분야에서 상업적으로 채택되어 사용되고 있다. 한편 상대적으로 에너지 전송효율이 떨어지지만 송신단과 수신단의 거리가 좀더 길어야 하는 응용분야나 한 개의 전력송신단(Tx)에 여러 개의 수신(Rx)의 기기를 동시에 무선충전 하는 분야는 자기공진 방식을 활용하는 기술이 개발되어지고 있다.The magnetic induction method transfers power by using a magnetic field induced by the coil. Most of the magnetic field generated from the current flowing in the primary coil passes through the secondary coil of the power receiver, and an induced current flows through the secondary coil to the load. As a technology for supplying energy, it is commercially adopted and used in the wireless charging field of 15W or less, such as a smartphone or a wearable device. On the other hand, applications that require relatively long distances between transmitters and receivers, although the energy transmission efficiency is relatively low, or those that wirelessly charge multiple receivers (Rx) at one power transmitter (Tx) at the same time, use magnetic resonance. Technology is being developed.
하지만 전기자동차 등과 같이3kW 이상의 대전력을 필요로 하는 산업 분야의 무선전력전송 기술은 상대적으로 높은 충전효율을 설계하기에 유리한 자기 유도 방식에 의한 무선충전기술로 개발이 되고 있다. 15W급 이하의 휴대폰과 같은 저전력 소형 기기의 무선충전 수신단의 경우 제품의 중량과 두께를 줄이기 위해 자기장 유도소재의 두께를 0.5mm이하로 하고 있으며 자기장 유도소재의 종류는 NiZn페라이트, 비정질 소재, 나노결정소재, 금속/폴리머복합시트 같은 소재들이 사용되어지고 있다. 그러나 이보다 완제품의 크기가 큰 드론이나 전기자동차의 무선충전 수신단의 경우는 주파수범위 20 ~ 100kHz 대역에서 투자율이 높은 MnZn 페라이트 소재가 사용되며 두께도 1mm 이상의 두꺼운 소재를 이용하여 무선충전 송수신 모듈을 개발하는 것이 충전효율 면에서 유리한 부분 때문에 20 ~ 100kHz 주파수 대역에서 MnZn페라이트 보다 투자율이 낮은 소재를 이용하여 개발한 기술은 고려되지 않고 있다. 일정한 형상을 갖는 MnZn페라이트를 제작하기 위해서는 금형을 제작하여 프레스를 실시한 후 성형품을 소결하여 제조한다. 그러나, 이러한 소결방식으로 제조된 MnZn페라이트는 소결 중 성형품의 불규칙한 수축으로 인하여 대면적으로 제조하는 것이 어려운 문제점이 있어 블록형태로 제조하며 여러 개의 MnZn페라이트 블록을 송 수신 모듈의 코일과 인접하게 적절히 배치시켜 자기장을 유도하도록 송수신 모듈을 설계한다.However, wireless power transmission technology in an industrial field requiring a large power of 3kW or more, such as an electric vehicle, has been developed as a wireless charging technology by a magnetic induction method that is advantageous to design a relatively high charging efficiency. In the case of the wireless charging receiver of low-power small devices such as mobile phones less than 15W, the thickness of magnetic field inducing material is less than 0.5mm in order to reduce the weight and thickness of the product. Materials such as materials and metal / polymer composite sheets are being used. However, in case of drones or wireless charging receivers of electric vehicles which are larger in size, MnZn ferrite materials with high permeability are used in the frequency range of 20 to 100 kHz, and wireless charging / transmission modules are developed using thick materials of 1 mm or thicker. Because of the advantage of charging efficiency, the technology developed using materials with lower permeability than MnZn ferrite in the frequency band of 20 to 100 kHz is not considered. In order to manufacture MnZn ferrite having a constant shape, a mold is manufactured and pressed, followed by sintering a molded product. However, MnZn ferrite produced by this sintering method is difficult to manufacture large area due to irregular shrinkage of the molded part during sintering, so it is manufactured in the form of a block, and several MnZn ferrite blocks are appropriately disposed adjacent to the coils of the receiver module. The transceiver module is designed to induce a magnetic field.
또한, MnZn페라이트의 경우 20~100kHz범위의 주파수대역에서 높은 투자율을 갖는 장점은 있으나 취성이 커 주행 중 차체의 진동이 큰 전기자동차의 수신단에 무선 충전용 소재로 사용하기 위해서는 취약한 내충격성을 보완하기 위한 대체의 모듈설계가 수반되어야 하는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위한 기술로서 선행기술(대한민국 공개특허 제10-2017-0051571호)은 MnZn 페라이트 시트에 자성금속/폴리머 복합 시트를 접합하여 페라이트의 취성을 개선한 다층형 복합시트에 대해 개시하고 있다. 이와 같은 기술에 의해 페라이트 자성체의 취성은 개선되지만 MnZn페라이트와 접합된 복합시트의 낮은 투자율로 인하여 전체적으로 투자율이 저하하여 수신단의 2차 코일의 인덕턴스가 낮아지게 되고, MnZn 페라이트 소재를 자기장 유도소재로 사용한 것 보다 충전효율이 저하되는 문제를 피할 수 없다. MnZn 페라이트의 문제점인 취성과 금속/폴리머 복합시트의 문제점인 낮은 투자율로 인한 수신단의 낮은 인덕턴스를 동시에 개선할 수 있는 소재의 개발 또는 수신단의 인덕턴스를 향상시킬 수 있는 소재와 코일의 결합기술이 필요하다.In addition, MnZn ferrite has the advantage of having a high permeability in the frequency range of 20 to 100 kHz, but the weak brittleness is used to compensate for the weak impact resistance for use as a material for wireless charging in the receiving end of an electric vehicle with high body vibrations while driving. There is a problem that an alternative module design must be involved. As a technique to compensate for this, the prior art (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0051571) discloses a multilayered composite sheet which improves brittleness of ferrite by bonding a magnetic metal / polymer composite sheet to MnZn ferrite sheet. Although the brittleness of the ferrite magnetic material is improved by this technique, the permeability is lowered due to the low permeability of the composite sheet bonded with MnZn ferrite, which lowers the inductance of the secondary coil of the receiver and uses MnZn ferrite material as the magnetic field induction material It is inevitable that the charging efficiency is lowered. It is necessary to develop a material that can simultaneously improve the low inductance of the receiver due to the brittleness of MnZn ferrite and the low permeability of the metal / polymer composite sheet, or to combine materials and coils to improve the inductance of the receiver. .
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 높은 투자율을 갖는 3차원 구조의 무선 충전용 자기장 유도 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a magnetic field induction material for wireless charging of a three-dimensional structure having a high permeability and a method of manufacturing the same.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말 및 바인더를 포함하는 3차원 구조의 자기장 유도 소재로, 상기 금속 자성 분말의 자화용이 방향이 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향된 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재를 제공할 수 있다. In order to solve the above problems, an aspect of the present invention is a magnetic field induction material having a three-dimensional structure including a magnetic metal powder and a binder in the form of flakes, and the magnetization direction of the magnetic metal powder is different from the magnetic field induction material. It is possible to provide a magnetic field inducing material for wireless charging, characterized in that it is oriented along the flux direction generated in the coil in contact.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향은 상기 금속자성분말의 평편한 면과 평행한 방향인 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the magnetization easy direction of the magnetic metal powder may be a direction parallel to the flat surface of the magnetic powder powder.
상기 자기장 유도 소재는 상기 소재의 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 코일장착홈이 배치된 3차원 구조를 갖는 것일 수 있다. The magnetic field inducing material may have a three-dimensional structure in which two coil mounting grooves recessed to a predetermined depth in the longitudinal direction or the width direction are disposed on one surface of the material.
본 발명의 다른 측면은, 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말을 준비하는 단계, 상기 금속 자성 분말에 바인더를 혼합하여 원료 혼합물을 형성하는 단계, 상기 원료 혼합물로 성형 공정을 수행하여 3차원 구조의 원료 혼합물 구조체를 형성하는 단계, 상기 원료 혼합물 구조체를 열압착하는 단계 및 상기 열압착된 원료 혼합물 구조체를 코일설계에 맞도록 한 개 혹은 그 이상을 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 제공할 수 있다.Another aspect of the present invention, preparing a magnetic metal powder in the form of a flake (flake), mixing the binder to the magnetic metal powder to form a raw material mixture, performing a molding process with the raw material mixture of the three-dimensional structure Forming a raw material mixture structure, thermocompressing the raw material mixture structure, and assembling one or more of the thermocompressed raw material mixture structure to match the coil design. It is possible to provide a method for producing a magnetic field induction material.
이 때, 상기 원료 혼합물 구조체에 포함된 금속 자성 분말의 자화용이 방향은 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향되는 것일 수 있다. At this time, the magnetization direction of the magnetic metal powder contained in the raw material mixture structure may be oriented along the flux direction generated in the coil in contact with the magnetic field inducing material.
상기 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말을 준비하는 단계는, 볼 밀링(ball milling), 비드 밀링(bead milling), 초음파 밀링(ultrasonic milling) 및 어트리션 밀링(attrition milling) 중에서 선택되는 어느 하나의 밀링 공정을 이용하여 상기 금속 자성 분말을 편상화 처리하는 것일 수 있다. The preparation of the magnetic metal powder in the form of flakes may include any one selected from ball milling, bead milling, ultrasonic milling, and attrition milling. Using the milling process of the metal magnetic powder may be to process the process.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 성형 공정은 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 홈이 배치된 구조를 갖는 금형에 상기 원료 혼합물을 장입하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the molding process may be to charge the raw material mixture in a mold having a structure in which two grooves recessed to a certain depth inward along the longitudinal direction or the width direction on one surface.
상기 금형에 상기 원료 혼합물을 장입시, 상기 금속 자성분말의 편평한 면이 상기 금형의 하부면과 수평한 방향으로 배향되도록 장입하는 것일 수 있다.When the raw material mixture is charged into the mold, the flat surface of the magnetic metal powder may be charged so as to be oriented in a horizontal direction with the lower surface of the mold.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 성형 공정은 상기 원료 혼합물을 일 방향에서 배향시켜 상기 원료 혼합물 내 금속 자성 분말을 수평으로 배향하는 배향 공정, 상기 배향된 원료 혼합물을 건조시켜 원료 혼합물 도막을 형성하는 도막 제조 공정, 상기 원료 혼합물 도막을 3차원 구조의 정면 모양으로 타발하는 타발 공정 및 상기 타발된 원료 혼합물 도막을 다층으로 적층하는 적층 공정, 고밀도, 고배향을 위한 열압착 공정을 포함하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the molding process is an orientation process of orienting the raw material mixture in one direction to horizontally orient the metal magnetic powder in the raw material mixture, drying the oriented raw material mixture to form a raw material mixture coating film It may include a coating film manufacturing process, a punching process for punching the raw material mixture coating film into a front shape of a three-dimensional structure, and a lamination process for laminating the punched raw material mixture coating film in multiple layers, and a thermocompression process for high density and high orientation. .
본 발명의 무선충전용 자기장 유도 소재는 접촉하는 코일을 감싸는 형상의 3차원 구조로 형성되어 이를 적용한 무선충전 기기의 충전효율을 향상시킬 수 있다.Magnetic field induction material for a wireless charging of the present invention is formed in a three-dimensional structure of the shape surrounding the coil in contact can improve the charging efficiency of the wireless charging device applying this.
또한, 상기 자기장 유도 소재를 구성하는 금속 자성 분말의 자화용이방향을 코일에서 발생되는 플럭스 방향으로 배향시킨 자기장 유도 소재를 활용하여 높은 충전효율을 갖는 무선충전 패드(PAD)를 설계할 수 있다.In addition, it is possible to design a wireless charging pad (PAD) having a high charging efficiency by using a magnetic field inducing material in which the magnetizing easy direction of the magnetic metal powder constituting the magnetic field inducing material in the flux direction generated from the coil.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 유도 소재의 구조를 를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 나타낸 이미지이다.
도 5는 본 발명의 비교예1 내지 비교예2 및 실시예1에서 제조된 자기장 유도 소재의 구조에 따른 플럭스의 흐름을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a magnetic field induction material for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
3 is an image showing a method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
4 is an image showing a method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing the flow of flux according to the structure of the magnetic field inducing material prepared in Comparative Examples 1 to 2 and Example 1 of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives consistent with the spirit of the invention as defined by the claims. Like reference numerals denote like elements throughout the specification.
무선충전용 자기장 유도 소재Magnetic field induction material for wireless charging
본 발명의 일 측면은, 편상(flake) 이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. One aspect of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, flake (flake), according to the present invention. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives consistent with the spirit of the invention as defined by the claims. Like reference numerals denote like elements throughout the specification.
무선충전용 자기장 유도 소재Magnetic field induction material for wireless charging
본 발명의 일 측면은, 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말 및 바인더를 포함하는 3차원 구조의 자기장 유도 소재로, 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향이 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향된 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향은 상기 금속 자성분말의 평편한 면과 평행한 방향일 수 있다. One aspect of the present invention is a magnetic field induction material having a three-dimensional structure including a magnetic metal powder and a binder in the form of a flake, the magnetization direction of the magnetic metal powder is generated in the coil in contact with the magnetic field induction material A magnetic field induction material for wireless charging may be provided, which is oriented along a flux direction. Specifically, the magnetization easy direction of the magnetic metal powder may be in a direction parallel to the flat surface of the magnetic metal powder.
자성소재는 형상자기이방성 특성이 있어서 형상에 의해 투자율의 특성이 달라진다. 형상자기이방성은 자성소재가 타원형의 형상을 갖는 경우 장축과 단축 방향에 따라 투자율 특성이 다른 것을 의미하며, 장축 방향으로 더 높은 투자율을 갖는다. 이에, 본 발명은 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향을 장축 방향으로 배향시켜, 상기 플럭스가 흐를 때 높은 투자율을 가질 수 있도록 형성된 자기장 유도 소재를 제공하고자 한다. Magnetic materials have shape magnetic anisotropy, so the permeability characteristics vary depending on the shape. Shape magnetic anisotropy means that when the magnetic material has an elliptical shape, the permeability characteristics are different according to the major axis and the minor axis, and have a higher permeability in the major axis direction. Accordingly, the present invention is to provide a magnetic field induction material formed to orient the magnetization easy direction of the magnetic metal powder in the long axis direction, so that the flux can have a high permeability.
구체적으로, 본 발명의 무선충전용 자기장 유도 소재는 상기 자기장 유도 소재를 구성하는 금속 자성 분말의 자화용이방향을 코일에서 발생되는 플럭스 방향을 따라 배향시킨 것으로, 상기 플럭스 방향으로 배향된 금속 자성 분말로 인해 상기 자기장 유도 소재에 장착되는 코일(송신코일 및 수신 코일 등)에서 발생되는 자기장을 효과적으로 집속시킬 수 있다. 또한, 이를 적용한 무선충전 기기와 접촉하는 배터리 등의 휴대 단말기에 미치는 자기장 영향을 차폐하는 기능도 수행할 있다. 더불어, 본 발명의 자기장 유도 소재는 코일을 감싸는 형상의 3차원 구조를 통해 인덕턴스를 높일 수 있어, 하기 식 1 및 식 2와 같이, 상기 자기장 유도 소재가 적용된 무선 충전기기의 유도기전력 및 충전효율을 향상시킬 수 있다. 하기 식 1은 인덕턴스와 유도기전력에 대한 관계식이며, 하기 식 2는 유도기전력과 충전효율에 대한 관계식이다.Specifically, the magnetic field inducing material for wireless charging of the present invention is to orient the magnetization easy direction of the magnetic metal powder constituting the magnetic field inducing material along the flux direction generated in the coil, the metal magnetic powder oriented in the flux direction Therefore, it is possible to effectively focus the magnetic field generated in the coil (transmitting coil and receiving coil, etc.) mounted on the magnetic field inducing material. In addition, it can also perform the function of shielding the influence of the magnetic field on the portable terminal such as a battery in contact with the wireless charging device to which it is applied. In addition, the magnetic field induction material of the present invention can increase the inductance through the three-dimensional structure of the shape surrounding the coil, as shown in
충전효율(%)＝
본 발명의 일 실시예에서, 상기 자기장 유도 소재는 상기 소재의 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 코일장착홈이 배치된 3차원 구조를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnetic field inducing material may have a three-dimensional structure in which two coil mounting grooves recessed to a certain depth inward in the longitudinal direction or the width direction on one surface of the material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 유도 소재의 구조를 를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 상기 자기장 유도 소재의 상부 영역에 내측으로 길이방향을 따라 일정한 깊이로 함몰된 홈이 두 개가 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 두 개의 홈을 일정 간격을 두고 평행하게 배치될 수 있으나, 실시예에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 상기 두 개의 홈은 상기 자기장 유도 소재를 무선충전 기기에 적용시, 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일이 장착되는 홈으로 사용하기 위한 것일 수 있다. 1 is a schematic diagram showing the structure of a magnetic field induction material for wireless charging according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, two grooves recessed to a predetermined depth in a longitudinal direction inward in an upper region of the magnetic field inducing material may be provided. In one embodiment, two grooves may be arranged in parallel at a predetermined interval, but may be variously applied according to the embodiment. The two grooves may be for use as a groove in which a coil contacting the magnetic field inducing material is mounted when the magnetic field inducing material is applied to a wireless charging device.
도 1에서, 상기 자기장 유도소재는 상기 바인더에 혼합된 상기 금속 자성 분말이 평면에 평행하게 배향이 되도록 제조한 후, 이를 세워 상기 금속 자성 분말의 평편면이 3차원 자기장 유도 소재의 정면을 바라볼 수 있도록 하는 것일 수 있다. 이에, 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향과 무선 충전용 코일에서 발생되는 플럭스(flux)의 방향이 동일하게 되어 인덕턴스와 충전효율의 향상이 가능해 질 수 있다.In FIG. 1, the magnetic field inducing material is manufactured so that the magnetic metal powder mixed in the binder is oriented in parallel to the plane, and then the flat surface of the magnetic metal powder is viewed toward the front of the three-dimensional magnetic field inducing material. It may be to make it possible. Accordingly, the magnetization easy direction of the magnetic metal powder and the flux generated in the coil for wireless charging may be the same, thereby improving inductance and charging efficiency.
상기 금속 자성 분말은 편상(flake) 형태를 갖는 투자율이 높은 금속 자성 분말로, 별도의 편상화 처리를 수행한 것일 수 있다. 상기 편상 형태의 금속 자성 분말은 구형의 형태를 갖는 분말에 비해 형상자기이방성이 향상되어 높은 투자율의 확보가 가능해질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 자성 분말은 Fe-Al 합금분말, Fe-Cr 합금분말, Fe-Si 합금분말, Fe-Si-Al 합금분말, Fe-Ni 합금분말 및 Fe-Ni-Mo 합금분말 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 금속 분말을 포함하는 것일 수 있다. The magnetic metal powder is a magnetic magnetic powder having a high permeability having a flake shape, and may be a separate flammation treatment. The magnetic metal powder in the form of a plate may be improved in magnetic anisotropy as compared to a powder having a spherical shape, thereby ensuring a high permeability. In one embodiment of the present invention, the magnetic metal powder is Fe-Al alloy powder, Fe-Cr alloy powder, Fe-Si alloy powder, Fe-Si-Al alloy powder, Fe-Ni alloy powder and Fe-Ni-Mo It may be one containing at least one metal powder selected from the alloy powder.
상기 바인더는 상기 금속 자성 분말을 일 방향으로 배향시켜 유지되도록 상기 금속 자성 분말들을 결합 및 경화시키고, 상기 자기장 유도 소재를 3차원 구조로 용이하게 성형하기 위해 포함된 것일 수 있다. 이에, 상기 바인더는 성형성 또는 탄성이 높은 물질을 사용할 수 있으며, 구체적으로, 열경화성 고분자 물질을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 바인더는 에틸렌프로필렌 고무(ethylene propylene rubber, EPM), 에틸렌프로필렌디엔 고무(ethylene propylene diene rubber, EPDM), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 폴리아크릴레이트 고무(polyacylate rubber, ACM), 스티렌부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 염소화폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE), 에폭시(epoxy). 페놀(phenol) 및 우레탄(urethane) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고분자를 포함하는 것일 수 있다. The binder may be included to bond and cure the magnetic metal powders so that the magnetic metal powders are oriented in one direction, and to easily form the magnetic field inducing material into a three-dimensional structure. Thus, the binder may be a material having high moldability or elasticity, and specifically, a thermosetting polymer material may be used. In one embodiment of the present invention, the binder is ethylene propylene rubber (EPM), ethylene propylene diene rubber (EPDM), nitrile butadiene rubber (NBR), polyacrylate rubber (polyacylate rubber, ACM), styrene-butadiene rubber (SBR), chlorinated polyethylene (CPE), epoxy. It may include at least any one or more polymers selected from phenol and urethane.
전술된 바와 같이, 본 발명의 상기 편상 형태의 금속 자성 분말 및 상기 바인더로 이루어진 3차원 구조의 자기장 유도 소재는 3차원 형상이 갖는 구조적 특징과 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향을 플럭스 방향을 따라 배향시켜 구비함으로써, 종래의 2차원 구조의 복합시트에 비해 높은 인덕턴스를 가질 수 있다. 구체적으로 이는, 후술하는 실시예 및 도면을 통해 설명될 수 있다.As described above, the magnetic field inducing material having the three-dimensional structure consisting of the magnetic powder and the binder of the present invention has a three-dimensional shape and the magnetic orientation of the magnetic metal powder is oriented along the flux direction. By providing it, it can have a high inductance compared with the conventional composite sheet of a two-dimensional structure. Specifically, this may be explained through the following embodiments and drawings.
무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법Method of manufacturing magnetic field induction material for wireless charging
본 발명의 다른 측면은, 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말을 준비하는 단계, 상기 금속 자성 분말에 바인더를 혼합하여 원료 혼합물을 형성하는 단계, 상기 원료 혼합물을 성형 공정을 수행하여 3차원 구조의 원료 혼합물 구조체를 형성하는 단계, 상기 원료 혼합물 구조체를 열압착하는 단계 및 상기 열압착된 원료 혼합물 구조체를 코일설계에 맞도록 한 개 혹은 그 이상을 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 제공할 수 있다. 이 때, 상기 원료 혼합물 구조체에 포함된 금속 자성 분말의 자화용이방향은 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향되는 것일 수 있다. Another aspect of the present invention is to prepare a magnetic powder in the form of a flake (flake), mixing a binder to the magnetic metal powder to form a raw material mixture, performing the molding process of the raw material mixture of the three-dimensional structure Forming a raw material mixture structure, thermocompressing the raw material mixture structure, and assembling one or more of the thermocompressed raw material mixture structure to match the coil design. It is possible to provide a method for producing a magnetic field induction material. At this time, the magnetization easy direction of the magnetic metal powder contained in the raw material mixture structure may be oriented along the flux direction generated in the coil in contact with the magnetic field inducing material.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 먼저 편상 형태의 금속 자성 분말을 준비할 수 있다(S100). 본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 자성 분말은 Fe-Al 합금분말, Fe-Cr 합금분말, Fe-Si 합금분말, Fe-Si-Al 합금분말, Fe-Ni 합금분말 및 Fe-Ni-Mo 합금분말 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 금속 분말을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 S100 단계는, 금속 자성 분말을 편상화 처리하는 것으로, 편상화 처리는 상기 금속 자성 분말을 다수의 미세조각(플레이크)으로 분리하거나 크랙(crack)이 형성되도록 처리하는 것을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 편상 형태의 금속 자성 분말을 준비하는 단계는 볼 밀링(ball milling), 비드 밀링(bead milling), 초음파 밀링(ultrasonic milling) 및 어트리션 밀링(attrition milling) 중에서 선택되는 어느 하나의 밀링 공정을 이용하여 금속 자성 분말을 편상화 처리하는 것일 수 있다. Referring to FIG. 2, first, a magnetic metal powder in the form of a plate may be prepared (S100). In one embodiment of the present invention, the magnetic metal powder is Fe-Al alloy powder, Fe-Cr alloy powder, Fe-Si alloy powder, Fe-Si-Al alloy powder, Fe-Ni alloy powder and Fe-Ni-Mo It may be one containing at least one metal powder selected from the alloy powder. Specifically, in the step S100, the magnetic metal powder is subjected to the flanking treatment, and the flaky treatment may mean that the magnetic metal powder is separated into a plurality of fine pieces (flakes) or treated to form cracks. have. In one embodiment of the present invention, the preparing of the magnetic powder in the form of flakes is performed in ball milling, bead milling, ultrasonic milling and attrition milling. Using any one of the milling process selected may be to flatten the magnetic metal powder.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 자성 분말의 편상화 처리된 금속 자성 분말은 0.3 내지 0.8g/cc의 겉보기 밀도를 갖는 것일 수 있다. 겉보기 밀도는 상기 금속 자성 분말의 편상화 정도를 나타내는 것으로, 상기 금속 자성 분말의 겉보기 밀도가 0.3g/cc 미만인 경우, 상기 금속 자성 분말 입자의 비표면적이 커져 상기 금속 자성 분말의 함량을 제어하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 금속 자성 분말의 겉보기 밀도가 0.8g/cc를 초과하는 경우에는, 상기 금속 자성 분말의 형상 형상자기이방성이 낮아져 소재의 투자율을 저하시킬 수 있어, 상기 범위를 갖도록 금속 자성 분말을 편상화 처리할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal magnetic powder having the flattening treatment of the magnetic metal powder may have an apparent density of 0.3 to 0.8 g / cc. The apparent density indicates the degree of localization of the magnetic metal powder, and when the apparent density of the magnetic metal powder is less than 0.3 g / cc, the specific surface area of the magnetic metal powder particles becomes large, making it difficult to control the content of the magnetic metal powder. Can be. In addition, when the apparent density of the magnetic metal powder exceeds 0.8 g / cc, the shape magnetic anisotropy of the magnetic metal powder becomes low, so that the magnetic permeability of the material can be lowered, and the magnetic metal powder is flawed to have the above range. Can be processed.
그런 다음, 상기 편상 형태의 금속 자성 분말에 바인더를 혼합하여 원료 혼합물을 형성할 수 있다(S200). 상기 바인더는 열경화성 물질을 사용할 수 있으며, 액상의 바인더 또는 고상의 바인더를 용매에 용해 또는 중합시켜 사용하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 바인더는 에틸렌프로필렌 고무(ethylene propylene rubber, EPM), 에틸렌프로필렌디엔 고무(ethylene propylene diene rubber, EPDM), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 폴리아크릴레이트 고무(polyacylate rubber, ACM), 스티렌부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 염소화폴리에틸렌(chlorinated polyethylene, CPE), 에폭시(epoxy), 페놀(phenol) 및 우레탄(urethane) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고분자를 포함하는 것일 수 있다.Then, a binder may be mixed with the magnetic metal powder in the form of a flake to form a raw material mixture (S200). The binder may be a thermosetting material, and may be used by dissolving or polymerizing a liquid binder or a solid binder in a solvent. In one embodiment of the present invention, the binder is ethylene propylene rubber (EPM), ethylene propylene diene rubber (EPDM), nitrile butadiene rubber (NBR), polyacrylate rubber at least one polymer selected from polyacylate rubber (ACM), styrene-butadiene rubber (SBR), chlorinated polyethylene (CPE), epoxy, phenol, and urethane It may be to include.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용매는 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK), 아세톤(acetone), 부틸알콜(butyl alcohol), 디에틸에테르(Diethyl ether), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene) 및 사이클로헥산(cyclohexane) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.In one embodiment of the invention, the solvent is methyl ethyl ketone (methyl ethyl ketone, MEK), acetone (acetone), butyl alcohol (butyl alcohol), diethyl ether, benzene (benzene), toluene ) And cyclohexane can be used.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전체 원료 혼합물에 대하여 상기 금속 자성 분말은 80 내지 97wt%의 범위로, 상기 바인더는 3 내지 20wt%의 범위로 혼합되는 것일 수 있다. 이는, 상기 금속 자성 분말을 80wt%이상 첨가하여 자기장 유도 소재의 밀도를 유지하면서도, 적절한 함량으로 첨가된 상기 바인더에 의해 상기 자기장 유도 소재의 절연성 및 성형 공정의 편의성을 높이기 위함일 수 있다. In addition, in one embodiment of the present invention, the magnetic metal powder with respect to the total raw material mixture may be in the range of 80 to 97wt%, the binder may be mixed in the range of 3 to 20wt%. This may be to increase the convenience of the insulation and molding process of the magnetic field inducing material by the binder added in an appropriate amount while maintaining the density of the magnetic field inducing material by adding the metal magnetic powder of 80wt% or more.
전술된 상기 금속 자성 분말과 상기 바인더를 혼합하여 원료 혼합물을 형성할 수 있다. 상기 형성된 원료 혼합물은 후술하는 S300 단계의 성형 공정의 종류에 따라 상기 원료 혼합물의 형태가 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 원료 혼합물은 상기 금속 자성 분말의 표면에 상기 바인더가 코팅된 형태로 혼합된 것일 수 있다. 이를 위하여, 상기 S200단계 수행시 상기 금속 자성 분말과 바인더를 혼합하는 공정 이후에, 상기 혼합물을 건조하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 원료 혼합물은 상기 액상 형태의 바인더에 상기 금속 자성 분말이 분산되어 혼합된 것일 수 있다.The above-described magnetic metal powder and the binder may be mixed to form a raw material mixture. The formed raw material mixture may vary in form of the raw material mixture according to the type of molding process of step S300 described later. In one embodiment of the present invention, the raw material mixture may be mixed in a form in which the binder is coated on the surface of the magnetic metal powder. To this end, after the step of mixing the magnetic metal powder and the binder during the step S200, the process of drying the mixture may be additionally performed. Alternatively, in another embodiment of the present invention, the raw material mixture may be a mixture of the magnetic metal powder is dispersed in the liquid form of the binder.
이 후, 상기 원료 혼합물로 성형 공정을 수행하여 3차원 구조의 원료 혼합물 구조체를 형성할 수 있다(S300). 즉, 상기 원료 혼합물 구조체는 상기 원료 혼합물로 이루어진 3차원 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 원료 혼합물 구조체는 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 홈이 배치된 3차원 구조를 갖는 것일 수 있다. 상기 성형 공정에서, 상기 원료 혼합물 내 금속 자성 분말의 자화용이방향이 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향되도록 수행하는 것일 수 있다. Thereafter, a molding process may be performed on the raw material mixture to form a raw material mixture structure having a three-dimensional structure (S300). That is, the raw material mixture structure may have a three-dimensional structure made of the raw material mixture. Specifically, the raw material mixture structure may have a three-dimensional structure in which two grooves recessed to a predetermined depth inward along a longitudinal direction or a width direction on one surface thereof. In the molding process, the magnetization easy direction of the magnetic metal powder in the raw material mixture may be oriented along a flux direction generated in the coil in contact with the magnetic field inducing material.
상기 원료 혼합물로 상기 3차원 구조를 갖는 원료 혼합물 구조체를 형성하는 성형 공정은 실시예에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 금형을 이용한 성형 공정과, 다른 실시예에서는 원료 혼합물을 도막 형태로 제조한 후, 최종 형성될 자기장 유도 소재의 3차원 구조의 정면 모양으로 타발하고 이를 다층으로 적층하고 성형 공정을 개시한다. The molding process of forming the raw material mixture structure having the three-dimensional structure with the raw material mixture may vary according to embodiments. In an embodiment of the present invention, a molding process using a mold, and in another embodiment, the raw material mixture is prepared in the form of a coating film, and then punched into a front shape of the three-dimensional structure of the magnetic field inducing material to be finally formed, and laminated and molded in multiple layers. Start the process.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 S300단계의 성형 공정은 상기 원료 혼합물을 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 홈이 배치된 구조를 갖는 금형에 장입하여 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 도 3을 참조하여 상술한다.In one embodiment of the present invention, the molding process of step S300 is carried out by charging the raw material mixture into a mold having a structure in which two grooves recessed to a predetermined depth inward along the longitudinal direction or the width direction on one surface It may be. Specifically, this is described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 나타낸 이미지이다. 3 is an image showing a method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
도 3(c)에서와 같이, 상기 원료 혼합물을 금형에 장입할 때, 상기 혼합물의 금속 분말이 금형의 평면과 수평 방향으로 배향이 되도록 장입하여, 상기 원료 혼합물 내 금속 자성 분말의 자화용이방향이 상기 자기장 유도소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(Flux) 방향을 따라 배향된 3차원 구조의 원료 분말 구조체를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3 (c), when the raw material mixture is charged into a mold, the metal powder of the mixture is charged so as to be oriented in a horizontal direction with the plane of the mold, so that the easy direction of magnetization of the magnetic metal powder in the raw material mixture is changed. A raw material powder structure having a three-dimensional structure oriented along a flux direction generated in a coil in contact with the magnetic field inducing material may be formed.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 S300 단계의 성형 공정은 상기 원료 혼합물을 일 방향에서 배향시켜 상기 원료 혼합물 내 금속 자성 분말을 수평으로 배향하는 배향 공정(S310)과, 상기 배향된 원료 혼합물을 건조시켜 원료 혼합물 도막을 형성하는 도막 제조 공정(S320)과, 상기 원료 혼합물 도막을 3차원 구조의 정면 모양으로 타발하는 타발 공정(S330) 및 상기 타발된 원료 혼합물 도막을 다층으로 적층하는 적층 공정(S340)을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 도 4를 참조하여 상술한다.In another embodiment of the present invention, the forming process of step S300 is an orientation process (S310) to orient the metal magnetic powder in the raw material mixture in a horizontal direction by orienting the raw material mixture in one direction, and drying the oriented raw material mixture To form a raw material mixture coating film (S320), a punching step (S330) for punching the raw material mixture coating film into a front shape of a three-dimensional structure, and a lamination step (S340) for laminating the punched material mixture coating film in multiple layers. ) May be included. Specifically, this is described in detail with reference to FIG. 4.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전용 자기장 유도 소재의 제조방법을 나타낸 이미지이다. 4 is an image showing a method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to another embodiment of the present invention.
도 4(c)는 상기 배향 공정을 나타낸 것으로, 상기 배향 공정은 상기 편상 형태의 금속 자성 분말 및 상기 바인더가 혼합된 상기 원료 혼합물을 일방향으로 배향시키는 것일 수 있다. 상기 배향 공정을 통해 상기 금속 자성 분말이 상기 원료 혼합물 내에서 일 방향으로 배향될 수 있다. 4 (c) shows the alignment process, and the alignment process may be to orient the raw material mixture in which the magnetic metal powder and the binder in the form of a plate are mixed in one direction. The magnetic metal powder may be oriented in one direction in the raw material mixture through the alignment process.
도 4(d)는 상기 도막 제조 공정을 나타낸 것으로, 상기 배향 공정을 통해 수평으로 고르게 편 형태의 원료 혼합물을 건조시켜 원료 혼합물 도막을 형성할 수 있다. 또한, 상기의 배향 공정은 건식 공정을 통해서도 제조할 수 있다. 상기 원료 혼합물 도막을 형성하는 공정은, 구체적으로 예를 들어, 테이프 캐스팅(tape casting), 스프레이 코팅(spray coating) 또는 스크린 인쇄(screen printing), 압연 (Rolling) 등의 방법으로 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 원료 혼합물 도막의 두께는 30 내지 1,000㎛일 수 있다. 상기 원료 혼합물로 상기 원료 혼합물 도막을 형성시에 복수개로 원료 혼합물 도막을 형성할 수 있다. Figure 4 (d) shows the coating film manufacturing process, it is possible to form a raw material mixture coating film by drying the raw material mixture in a flat shape evenly through the alignment process. In addition, said orientation process can also be manufactured through a dry process. The step of forming the raw material mixture coating film may be specifically used by, for example, tape casting, spray coating or screen printing, rolling, or the like. In one embodiment of the present invention, the thickness of the raw material mixture coating film may be 30 to 1,000㎛. When forming the raw material mixture coating film with the raw material mixture, a plurality of raw material mixture coating films may be formed.
도 4(e)는 상기 타발 공정 및 상기 적층 공정이 수행된 것으로, 먼저, 타발 공정을 통해 상기 원료 혼합물 도막을 최종성형체인 원료 혼합물 구조체의 3차원 구조의 정면 모양으로 타발하고, 타발된 원료 혼합물 도막들을 복수개의 층으로 적층시킬 수 있다. 이는, 후술하는 열압착 공정 이후에, 3차원 구조로 형성된 원료 혼합물 구조체를 수직으로 세움으로써, 상기 금속 자성 분말의 자화용이방향이 플럭스 방향으로 배향되도록 하기 위함일 수 있다. Figure 4 (e) is the punching process and the lamination process is performed, first, through the punching process the raw material mixture coating to the front shape of the three-dimensional structure of the raw material mixture structure of the final molded product, the punched raw material mixture The coating films can be laminated in a plurality of layers. This may be to vertically erect the raw material mixture structure formed in the three-dimensional structure after the thermocompression process to be described later, so that the easy magnetization direction of the magnetic metal powder is oriented in the flux direction.
도 2를 참조하면, 상기 성형 공정을 수행한 다음, 상기 원료 혼합물 구조체를 열압착할 수 있다(S400). 상기 원료 혼합물 구조체를 열압착하는 것은 상기 원료 혼합물 구조체를 구성하는 원료 혼합물에 포함된 바인더에 유동성을 부여하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 열압착 공정을 통해 상기 원료 혼합물 내 바인더가 유동성을 가지면서, 상기 편상 형태의 금속 자성 분말 사이사이의 공극을 용이하게 충진시킬 수 있다. 이에, 상기 편상 형태의 금속 자성 분말을 구성하는 복수개의 플레이크를 절연시킬 수 있고, 이러한 금속 자성 분말 및 바인더를 포함하는 자기장 유도 소재는 절연성을 가질 수 있다. Referring to FIG. 2, after performing the molding process, the raw material mixture structure may be thermocompressed (S400). The thermocompression bonding of the raw material mixture structure may be for imparting fluidity to a binder included in the raw material mixture constituting the raw material mixture structure. Specifically, while the binder in the raw material mixture has fluidity through the thermocompression bonding process, it is possible to easily fill the voids between the magnetic metal powder in the form of a plate. Thus, the plurality of flakes constituting the magnetic metal powder in the form of a plate may be insulated, and the magnetic field inducing material including the magnetic metal powder and the binder may have insulation.
또한, 상기 바인더를 충분히 충진시킨 상태에서 열처리 온도를 더 높이게 되면 상기 바인더가 경화되면서 압축된 원료 혼합물이 다시 회복되어 밀도가 감소하는 것을 방지시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 열압착은 30 내지 2,000kg/㎠ 범위의 압력 및 70 내지 150℃ 범위의 온도에서 수행하는 것일 수 있다. 상기 공정 수행시 압력 및 온도 범위가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 원료 혼합물 구조체를 구성하는 바인더가 적절하게 유동되거나 경화되지 않을 수 있어, 상기 금속 자성 분말의 배향성이 유지 및 고밀도의 자기장 유도 소재를 제조하기 어려울 수 있다. In addition, when the heat treatment temperature is further increased in the state in which the binder is sufficiently filled, the compressed raw material mixture may be restored while the binder is cured, thereby preventing the density from decreasing. In one embodiment of the present invention, the thermocompression may be performed at a pressure in the range of 30 to 2,000kg / ㎠ and a temperature in the range of 70 to 150 ℃. When the pressure and temperature range is out of the range during the process, the binder constituting the raw material mixture structure may not be properly flowed or cured, thereby maintaining the orientation of the magnetic metal powder and producing a high-density magnetic field inducing material. It can be difficult to do.
도 2를 참조하면, 상기 열압착된 원료 혼합물 구조체에 포함된 금속 자성 분말의 자화용이 방향을 제어할 수 있다(S500). 구체적으로 이는, 상기 열압착된 원료 혼합물 구조체를 수직으로 세우는 것으로, 이를 통해 상기 금속 자성분말의 자화용이방향이 플럭스 방향으로 바뀔 수 있다. Referring to FIG. 2, the magnetization of the magnetic metal powder included in the thermocompressed raw material mixture structure may be controlled (S500). Specifically, the vertically compressed raw material mixture structure is erected vertically, through which the magnetization easy direction of the magnetic metal powder may be changed to the flux direction.
상술한 바와 같이, 상기 원료 혼합물 구조체를 열압착하여 3차원 구조의 자기장 유도 소재를 형성할 수 있다. 상기 자기장 유도 소재는 도 3(e) 및 도 4(g)에 도시된 바와 같이, 상기 자기장 유도 소재의 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 홈이 배치된 3차원 구조를 갖는 것일 수 있다. 이에, 도 4(i)와 같이, 상기 자기장 유도 소재의 홈에 코일을 장착할 수 있다. As described above, the raw material mixture structure may be thermocompressed to form a three-dimensional magnetic field inducing material. As shown in FIGS. 3E and 4G, the magnetic field inducing material includes two grooves recessed to a predetermined depth in one side of the magnetic field inducing material in a longitudinal direction or a width direction thereof. It may have a dimensional structure. Thus, as shown in FIG. 4 (i), the coil may be mounted in the groove of the magnetic field inducing material.
상기와 같이, 본 발명의 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법은 상기 자기장 유도 소재를 구성하는 금속 자성 분말의 자화용이방향을 코일에서 발생되는 플럭스 방향을 따라 배향시키는 방법을 개시하고 있어, 이를 통해 상기 자기장 유도 소재에 장착되는 코일에서 발생되는 자기장을 효과적으로 집속시킬 수 있으며, 코일을 감싸는 형상의 3차원 구조를 통해 용이하게 자기장을 집속하여 인덕턴스를 향상시킬 수 있다. As described above, the method of manufacturing a magnetic field inducing material for wireless charging according to the present invention discloses a method for orienting the magnetization easy direction of the magnetic metal powder constituting the magnetic field inducing material along the flux direction generated from the coil, thereby The magnetic field generated from the coil mounted on the magnetic field inducing material can be effectively focused, and the magnetic field can be easily focused through the three-dimensional structure surrounding the coil to improve the inductance.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<실시예><Example>
실시예1: 금속 자성 분말의 자화용이방향이 플럭스 방향으로 배향된, 3차원 구조의 자기장 유도 소재Example 1 Magnetic Field Induction Material of Three-Dimensional Structure, with Easy Direction of Magnetization of Magnetic Metallic Powder Oriented in Flux Direction
소재의 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정깊이까지 함몰된 두 개의 홈이 배치된 3차원 구조로 자기장 유도 소재를 제조하였다. 상기 자기장 유도 소재 제조시, 소재를 구성하는 금속 자성 분말을 자화용이방향이 상기 홈에 장착되는 코일에서 발생되는 플럭스 방향으로 배향되도록 공정을 수행하였다. A magnetic field induction material was manufactured in a three-dimensional structure in which two grooves recessed to a certain depth in the longitudinal direction or the width direction were disposed on one surface of the material. In manufacturing the magnetic field inducing material, a process was performed such that the magnetic magnetic powder constituting the material was oriented in the flux direction generated in the coil mounted in the groove.
비교예1: 금속 자성 분말이 일 방향으로 배향된, 2차원 구조의 자기장 유도 소재Comparative Example 1 magnetic field induction material having a two-dimensional structure in which magnetic metal powder is oriented in one direction
상기 실시예1과 동일한 금속 자성 분말 및 바인더를 사용하여 평판(plate) 형상의 2차원 구조를 갖는 자기장 유도 소재를 제조하였다.A magnetic field induction material having a plate-shaped two-dimensional structure was manufactured using the same metal magnetic powder and binder as in Example 1.
비교예2: 금속 자성 분말이 일 방향으로 배향된, 2차원 구조의 자기장 유도 소재Comparative Example 2: Two-dimensional Magnetic Field Induction Material with Metal Magnetic Powder Oriented in One Direction
상기 실시예1과 동일한 금속 자성 분말 및 바인더를 사용하여 실시예1과 동일한 3차원 구조의 자기장 유도 소재를 제조하였다. 상기 자기장 유도 소재 제조시, 소재를 구성하는 금속 자성 분말은 일 방향(상기 홈에 장착되는 코일과 수평한 방향)으로 배향되도록 공정을 수행하였다.Using the same magnetic metal powder and binder as in Example 1, a magnetic field inducing material having the same three-dimensional structure as in Example 1 was prepared. In manufacturing the magnetic field induction material, the magnetic metal powder constituting the material was oriented in one direction (direction parallel to the coil mounted in the groove).
실험예1: 자기장 유도 소재의 인덕턴스 측정Experimental Example 1: Inductance measurement of magnetic field inducing material
자기장 유도 소재의 형상에 따른 상기 실시예1, 비교예1 및 비교예2에서 제조된 소재에서의 코일의 인덕턴스를 측정하였다. 측정결과는, 하기 표 1과 같다.The inductance of the coil in the materials prepared in Examples 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 according to the shape of the magnetic field induction material was measured. The measurement results are shown in Table 1 below.
(uH)Inductance of Comparative Example 1
(uH)
(uH)Inductance of Comparative Example 2
(uH)
(uH)Inductance of Example 1
(uH)
도 5는 본 발명의 비교예1 내지 비교예2 및 실시예1에서 제조된 자기장 유도 소재의 구조에 따른 플럭스의 흐름을 나타낸 모식도이다.5 is a schematic diagram showing the flow of flux according to the structure of the magnetic field inducing material prepared in Comparative Examples 1 to 2 and Example 1 of the present invention.
도 5 및 표 1을 참조하면, 비교예1의 평판 형태의 2차원 구조를 갖는 자기장 유도 소재보다 비교예2의 3차원 구조를 갖는 자기장 유도 소재가 구조적 특징으로 인해 인덕턴스를 증가시킬 수 있는 자기장 흐름을 나타내고 있으며, 결과적으로, 자기장 유도 소재의 인덕턴스가 높아진 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예1의 자기장 유도 소재는 비교예2와 동일한 3차원 구조적 특징으로 인덕턴스를 증가시키면서도, 소재를 구성하는 금속 자성 분말의 자화용이방향이 상기 코일의 플럭스 방향으로 배향되어 있어, 비교예2에 비해 자기장 집속효과가 향상된 것을 알 수 있다. 더불어 표 1과 같이, 실시예1의 자기장 유도 소재는 비교예2의 인덕턴스보다 높은 인덕턴스를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 자기장 유도 소재는 소재와 접촉하는 코일을 감싸는 형상의 3차원 구조 및 상기 3차원 구조를 이루는 소재에 포함된 금속 자성 분말의 자화용이방향이 상기 코일에서 발생되는 플럭스 방향을 따라 배향되도록 구비하여, 코일의 인덕턴스를 용이하게 높일 수 있다. 이러한 높은 투자율을 갖는 본 발명의 자기장 유도 소재는 충전효율을 향상시킬 수 있어, 관련 분야에 적극 활용될 것으로 기대된다. 5 and Table 1, the magnetic field induction material having a three-dimensional structure of Comparative Example 2 than the magnetic field induction material having a two-dimensional structure of the flat plate of Comparative Example 1 can increase the inductance due to the structural characteristics As a result, it can be seen that the inductance of the magnetic field inducing material is increased. In addition, the magnetic field induction material of Example 1 of the present invention has the same three-dimensional structural characteristics as in Comparative Example 2, while increasing the inductance, the magnetization easy direction of the magnetic metal powder constituting the material is oriented in the flux direction of the coil, It can be seen that the magnetic field focusing effect is improved compared to Comparative Example 2. In addition, as shown in Table 1, it can be seen that the magnetic field inducing material of Example 1 exhibits a higher inductance than that of Comparative Example 2. As described above, the magnetic field induction material of the present invention is a three-dimensional structure of the shape surrounding the coil in contact with the material and the easy direction of magnetization of the magnetic metal powder contained in the material forming the three-dimensional structure is a flux direction generated in the coil It is provided so as to be oriented according to, the inductance of the coil can be easily increased. The magnetic field inducing material of the present invention having such a high permeability can improve the charging efficiency, and is expected to be actively utilized in related fields.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (12)
상기 금속 자성 분말에 바인더를 혼합하여 원료 혼합물을 형성하는 단계;
상기 분말 형태의 원료 혼합물을 시트형태로 성형하여 3차원 구조체를 형성하기 위해 금형에 넣어 원료 혼합물 구조체를 형성하는 단계;
상기 원료 혼합물 구조체를 금형내에서 열압착하는 단계;
상기 열압착된 원료 혼합물 구조체를 세우는 단계; 및
상기 세워진 열압착된 원료 혼합물 구조체 한 개 혹은 그 이상의 구조체를 배열하여 조립하여 자기장 유도 소재를 제조하는 단계를 포함하는 것으로,
상기 3차원 구조체는 일면에 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 내측으로 일정 깊이까지 함몰된 두 개의 홈이 배치된 구조체인 것을 특징으로 하고,
상기 원료 혼합물 구조체를 형성하는 단계에서, 상기 금속 자성 분말의 편평한 면이 상기 금형의 하부면과 수평한 방향으로 배향되도록 장입하는 것을 특징으로 하고,
상기 원료 혼합물 구조체를 형성하는 단계에서, 금속 자성 분말의 자화용이방향은 상기 3차원 구조체의 두 개의 홈에 코일을 장착할 때 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향되도록 장입하는 것을 특징으로 하고,
상기 자기장 유도 소재를 제조하는 단계에서, 상기 원료 혼합물 구조체에 포함된 금속 자성 분말의 자화용이방향은 상기 자기장 유도 소재와 접촉하는 코일에서 발생되는 플럭스(flux) 방향을 따라 배향되도록 조립하는 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법.Preparing a magnetic metal powder in flake form;
Mixing a binder with the magnetic metal powder to form a raw material mixture;
Forming the raw material mixture structure by molding the raw material mixture in a powder form into a sheet to form a three-dimensional structure;
Thermocompressing the raw material mixture structure in a mold;
Setting up the thermocompressed raw material mixture structure; And
Comprising the step of arranging one or more structures of the standing thermocompression raw material mixture structure to produce a magnetic field inducing material,
The three-dimensional structure is characterized in that the structure in which two grooves recessed to a predetermined depth inward in the longitudinal direction or the width direction on one surface,
In the step of forming the raw material mixture structure, characterized in that the flat surface of the magnetic metal powder is charged so as to be oriented in a direction horizontal to the lower surface of the mold,
In the step of forming the raw material mixture structure, the easy magnetization direction of the magnetic metal powder is charged so as to be oriented along the flux direction generated when mounting the coil in the two grooves of the three-dimensional structure,
In the step of manufacturing the magnetic field inducing material, the easy magnetization direction of the magnetic metal powder contained in the raw material mixture structure is assembled so as to be oriented along the flux direction generated in the coil in contact with the magnetic field inducing material Method for producing a magnetic field induction material for wireless charging.
상기 편상(flake) 형태의 금속 자성 분말을 준비하는 단계는,
볼 밀링(ball milling), 비드 밀링(bead milling), 초음파 밀링(ultrasonic milling) 및 어트리션 밀링(attrition milling) 중에서 선택되는 어느 하나의 밀링 공정을 이용하여 상기 금속 자성 분말을 편상화 처리하는 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법.The method of claim 6,
Preparing the magnetic metal powder in the form of a flake (flake),
Flattening the magnetic metal powder using any one of a milling process selected from ball milling, bead milling, ultrasonic milling, and attrition milling. Method for producing a magnetic field induction material for wireless charging.
상기 열압착은 30 내지 2,000kg/㎠ 범위의 압력 및 70 내지 150℃ 범위의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 무선충전용 자기장 유도 소재의 제조방법.
The method of claim 6,
The thermal compression is a method of manufacturing a magnetic field induction material for wireless charging, characterized in that carried out at a pressure in the range of 30 to 2,000kg / ㎠ and a temperature in the range of 70 to 150 ℃.
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