KR102114566B1 - 무선 전력 전송 시스템을 위한 전자기 차폐 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템을 위한 전자기 차폐 Download PDF

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Abstract

실시예들은 무선 충전 시스템을 위한 전자기 차폐부를 설명한다. 무선 충전 시스템은 자속을 생성하도록 구성된 송신기 코일, 생성된 자속을 수신하도록 송신기 코일과 동축에 위치설정된 수신기 코일 - 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 전기적 상호작용이 전기장을 생성함 -, 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 위치설정되어 송신기 코일로부터 멀리 지향되는 전기장의 일부를 인터셉트하고 자속이 송신기 차폐부를 통과하도록 허용하는 송신기 차폐부, 및 송신기 차폐부와 수신기 코일 사이에 위치설정되어 수신기 코일로부터 멀리 지향되는 전기장의 일부를 인터셉트하고 자속이 수신기 차폐부를 통과하도록 허용하는 수신기 차폐부를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 시스템을 위한 전자기 차폐
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 11일자로 출원된 미국 정규특허 출원 제15/701,224호, 및 2017년 9월 11일자로 출원된 미국 정규특허 출원 제15/701,237호에 대한 이익을 주장하고, 이는 2016년 9월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/399,082호, 2017년 8월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/542,210호, 2017년 2월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/459,149호, 및 2017년 8월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/542,206호의 우선권들의 이익을 주장하며, 이들은 모든 목적을 위해 그 전문이 본 명세서에 참조로서 편입된다.
전자 디바이스들(예컨대, 이동 전화기, 미디어 플레이어, 전자 시계 등)은 그것들의 배터리에 저장된 전하가 있을 때 동작한다. 일부 전자 디바이스들은 충전 코드와 같은 물리적 연결을 통해 전자 디바이스를 전원에 결합함으로써 재충전될 수 있는 재충전식 배터리를 포함한다. 그러나, 충전 코드를 사용하여 전자 디바이스의 배터리를 충전하려면 전자 디바이스가 전원 콘센트에 물리적으로 연결되어야 한다. 또한, 충전 코드를 사용하려면 충전 코드의 커넥터, 전형적으로 플러그 커넥터와 정합하도록 구성된 커넥터, 전형적으로 리셉터클 커넥터가 모바일 디바이스에 있어야 한다. 리셉터클 커넥터는 전형적으로 먼지 및 습기가 디바이스에 침투하여 그를 손상시킬 수 있는 통로를 제공하는 전자 디바이스 내의 공동을 포함한다. 또한, 전자 디바이스의 사용자는 배터리를 충전하기 위해 충전 케이블을 리셉터클 커넥터에 물리적으로 연결해야 한다.
이러한 단점을 피하기 위해, 무선 충전 디바이스는 충전 코드를 필요로 하지 않으면서 전자 디바이스를 무선으로 충전하도록 개발되어 왔다. 예를 들어, 일부 전자 디바이스들은 무선 충전 디바이스의 충전 표면 상에 디바이스를 단순히 놓음으로써 재충전될 수 있다. 충전 표면 아래에 배치된 송신기 코일은 전자 디바이스 내의 대응하는 수신 코일에 전류를 유도하는 시변 자속(time-varying magnetic flux)을 생성할 수 있다. 유도 전류는 전자 디바이스에 의해 그것의 내부 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있다.
일부 기존의 무선 충전 디바이스들 및 무선 충전을 위해 구성된 전자 디바이스들에는 여러 가지 단점이 있다. 예를 들어, 일부 무선 충전 디바이스들은 수신 코일에 의도하지 않은 전압을 생성한다. 의도하지 않은 전압은 수신 코일이 하우징되는 전자 디바이스에 노이즈를 생성할 수 있다. 노이즈는 전자 디바이스 내의 감응형 전자 컴포넌트들, 예컨대 터치 감응형 디스플레이와 같은 터치 감응형 컴포넌트들을 교란시킬 수 있다. 추가적으로, 전자 디바이스는 또한 무선 충전 디바이스 내의 송신기 코일 상에 의도치 않은 전압을 생성한다. 의도하지 않은 전압은 무선 전력 전송에서 비효율을 초래할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 무선 전력 전송 동안 무선 충전 시스템의 수신기 코일 및/또는 송신기 코일 상에 유해한 전압의 생성을 회피하는 무선 충전 시스템을 위한 차폐 컴포넌트들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 송신기 차폐부 및 수신기 차폐부는 무선 전력 전송 동안 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 생성된 전기장을 인터셉트(intercept)하기 위해 무선 충전 시스템에 구현된다. 전기장을 인터셉트함으로써, 무선 전력 전송 동안 송신기 코일에 의해 수신기 코일 상에 유해한 전압이 생성되는 것이 방지되고 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
일부 실시예들에서, 무선 충전 시스템은, 자속을 생성하도록 구성된 송신기 코일; 생성된 자속을 수신하도록 송신기 코일과 동축에 위치설정된 수신기 코일 - 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 전기적 상호작용이 전기장을 생성함 -; 송신기 차폐부 - 송신기 차폐부는 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 위치설정되어 송신기 코일로부터 멀리 지향되는 전기장의 일부를 인터셉트하고 자속이 송신기 차폐부를 통과하도록 허용함 -; 및 수신기 차폐부 - 수신기 차폐부는 송신기 차폐부와 수신기 코일 사이에 위치설정되어 수신기 코일로부터 멀리 지향되는 전기장의 일부를 인터셉트하고 자속이 수신기 차폐부를 통과하도록 허용함 -를 포함한다.
송신기 차폐부 및 수신기 차폐부는 각각 접지되어 전기장에 의해 생성된 전압을 방전할 수 있다. 송신기 차폐부는 자속의 방향을 따라 위치설정될 수 있다. 송신기 차폐부는 전도성 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 재료는 NiV일 수 있다. 송신기 차폐부의 두께는 20 내지 30 ㎛일 수 있다.
일부 실시예들에서, 자속을 생성하여 무선 전력 전송을 수행하도록 구성된 무선 충전 디바이스는 드라이버 보드; 드라이버 보드 위에 배치되고 자속을 상향으로 생성하도록 구성된 복수의 송신기 코일; 복수의 송신기 코일 위에 배치되고, 자속에 대하여 투과성이 있고 전기장에 대하여 투과성이 없도록 구성된 전자기 차폐부 - 전자기 차폐부는: 강성 재료를 포함하는 기판; 및 기판의 하부 표면 상에 배치된 전도성 층을 포함함 -; 및 복수의 송신기 코일과 전자기 차폐부 사이에 배치된 접착제 층 - 접착제 층은 전자기 차폐부를 복수의 송신기 코일에 부착하도록 구성됨 -을 포함한다.
전자기 차폐부는 전도성 층 내에 내장된 전도성 트레이스들을 추가로 포함할 수 있다. 트레이스들은 접지될 수 있다. 트레이스들은 복수의 송신기 코일의 와이어의 코일들에 수직하게 위치설정될 수 있다. 전도성 재료는 NiV일 수 있다. 전도성 재료의 두께는 25 내지 100 nm일 수 있다. 무선 충전 디바이스는 드라이버 보드와 복수의 송신기 코일 사이에 배치된 페라이트 층(ferrite layer)을 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 전력 전송을 위해 자속을 수신하도록 구성된 전자 디바이스는, 페라이트 층; 페라이트 층 아래에 배치된 수신기 코일; 수신기 코일 아래에 배치된 전자기 차폐부 - 전자기 차폐부는 자속에 대하여 투과성이 있고 전기장에 대하여 투과성이 없도록 구성됨 -; 수신기 코일과 전자기 차폐부 사이에 배치된 전도성 접착제 층 - 전도성 접착제 층은 전자기 차폐부를 수신기 코일에 부착함 -; 및 전자기 차폐부의 하부 표면 상에 배치된 보호층을 포함한다.
송신기 코일은 와이어의 코일 및 와이어의 코일에 부착된 절연 재료를 포함할 수 있다. 절연 재료는 PI일 수 있다. 전자기 차폐부는 전도성 층을 포함할 수 있다. 전도성 층은 은으로 형성될 수 있다. 전자기 차폐부의 두께는 0.05 내지 0.15 μm일 수 있다. 전도성 접착제 층은 전도성 감압 접착제일 수 있다.
본 발명의 실시예들의 본질 및 이점들의 더 나은 이해가 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 얻어질 수 있다.
도 1은 무선 전력 전송 동안 무선 충전 시스템의 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 전기적 상호작용들을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 송신기 차폐부 및 수신기 차폐부를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 무선 전력 전송 동안 차폐층이 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 배치될 때 송신기 코일과 수신기 코일 사이에서 획득된 상호 인덕턴스의 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 재료의 교류 저항(ACR)을 그것의 두께에 기초하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 각각 전자기 차폐부를 갖는, 무선 충전 디바이스 및 전자 디바이스를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템의 분해도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 송신기 차폐부의 평면도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 송신기 코일들의 어레이 위에 위치설정된 송신기 차폐부를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 송신기 코일들의 어레이 위에 위치설정된 송신기 차폐부의 단면을 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 수신기 차폐부의 평면도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 수신기 코일 위에 위치설정된 수신기 차폐부를 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 수신기 코일 위에 위치설정된 수신기 차폐부의 단면을 도시한다.
무선 충전 시스템의 무선 전력 전송 동안, 다수의 전기적 상호작용은 무선 충전 시스템의 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 발생할 수 있다. 전기적 상호작용들 중 일부는 송신기와 수신기 코일 사이의 의도된 상호작용들인 반면, 다른 전기적 상호작용들은 전력 전송 시 비효율을 초래하고 전자 디바이스에 문제를 일으킬 수 있는 의도하지 않은 상호작용들이다. 예를 들어, 도 1은 무선 전력 전송 동안 예시적인 무선 충전 시스템(100)의 송신기 코일(102)과 수신기 코일(104) 사이의 전기적 상호작용들을 도시하는 개략도이다. 송신기 코일(102)은 무선 충전 매트와 같은 무선 충전 디바이스 내에 배치될 수 있고, 수신기 코일(104)은 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿, 랩톱 등과 같은 소비자 전자 디바이스 내에 배치될 수 있다. 전자 디바이스는 무선 충전 디바이스 상에 놓여 계면(112)에서 전력 전송을 가능하게 할 수 있다.
송신기 코일(102) 및 수신기 코일(104)은 자기 유도의 수단에 의한 효율적인 전력 전송을 가능하게 하기 위해 서로에 대하여 실질적으로 동심원으로 위치설정될 수 있다. 무선 전력 전송 동안, 송신기 코일(102)은 시변 자속(106)을 생성할 수 있으며, 이는 계면(112)에서 디바이스 하우징들 둘 다를 통해 전파할 수 있고 수신기 코일(104)에 의해 수신될 수 있다. 시변 자속(106)은 수신기 코일(104)과 상호작용하여 수신기 코일(104)에 대응하는 전류를 생성한다. 생성된 전류는 전자 디바이스를 동작시키기 위해 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있다.
그러나, 시변 자속(106) 이외에도, 무선 전력 전송 동안 송신기 코일(102)과 수신기 코일(104) 사이에 전기장(108, 110)이 의도치 않게 생성될 수 있다. 예를 들어, 송신기 코일(102)이 자속(106)을 생성할 때, 송신기 코일(102)과 수신 코일(104) 사이에 큰 전압 차가 존재할 수 있다. 일부 경우들에 송신기 코일(102) 상의 전압은 수신기 코일(104) 상의 전압보다 클 수 있으며, 이에 따라 수신기 코일(104)을 향해 일부 전기장(108)을 배향시키고 의도하지 않은 전압이 수신기 코일(104)에서 생성되게 한다. 일부 추가의 경우들에서, 수신기 코일(104) 상에 존재하는 전압은 또한 송신기 코일(102)을 향해 일부 전기장(110)을 배향시킬 수 있고 송신기 코일(102) 상에 유해한 전압이 생성되게 할 수 있다. 수신기 코일(104) 상에 생성된 유해한 전압은 수신기 코일(104)에 근접하게 배치된 감응형 컴포넌트들, 예컨대 터치 감응형 디스플레이와 같은 터치 감응형 디바이스들의 동작을 교란 및/또는 방해할 수 있다. 또한, 송신기 코일(102) 상에 생성된 유해한 전압은 전력 전송의 비효율을 초래할 수 있다.
I. 전자기 차폐부를 구비한 무선 충전 시스템
본 개시내용의 실시예들은 무선 전력 전송 동안 수신기 및/또는 송신기 코일 상의 의도하지 않은 유해한 전압 생성을 완화시키는 무선 충전 시스템을 설명한다. 하나 이상의 전자기 차폐 컴포넌트가 무선 충전 시스템에 통합되어 전기장이 수신기 코일 및/또는 송신기 코일 상에 유해한 전압을 생성하는 것을 방지하면서, 시변 자속으로 하여금 송신기 코일과 수신기 코일 사이에서 자유롭게 전파하여 무선 전력 전송을 수행하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신기 차폐부는 전자 디바이스 내의 수신기 코일 상에 유해한 전압이 생성되는 것을 방지하기 위해 무선 충전 디바이스에 구현될 수 있다. 송신기 차폐부는 송신기 코일에 의해 생성된 전기장을 인터셉터하여 전기장이 수신기 코일에 노출되는 것을 방지하도록 무선 충전 디바이스에 위치설정될 수 있다. 그 결과, 인터셉트된 전기장은 수신기 코일 대신 송신기 차폐부 상에 전압을 생성할 수 있다. 이어서, 이 전압을 접지로 전달함으로써 전압은 방전되고, 이에 의해 유해한 전압을 처리하고 유해한 전압이 전자 디바이스 내의 감응형 전자 컴포넌트들에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 송신기 차폐부뿐만 아니라, 무선 충전 디바이스 내의 송신기 코일 상에서 유해한 전압이 생성되는 것을 방지하기 위하여 무선 충전 시스템 내에 수신기 차폐부가 또한 구현될 수 있다. 송신기 차폐부와 유사하게, 수신기 차폐부는 또한 수신기 코일에 의해 생성된 전기장을 인터셉트하여 전기장이 송신기 코일에 노출되지 않도록 전자 디바이스 내에 위치설정될 수 있다. 수신기 차폐부에 생성된 전압은 접지로 방전되어 송신기 코일 상에 유해한 전압이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 무선 충전 시스템의 실시예들의 양태 및 특징부들은 본 명세서에서 보다 상세히 논의된다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예에 따른, 송신기 차폐부(202) 및 수신기 차폐부(204)를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템(200)을 도시하는 개략도이다. 송신기 차폐부(202)는 자속(106)이 송신기 차폐부(202)를 향해 지향되도록 송신기 코일(102)의 전방에 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 송신기 차폐부(202)는 송신기 코일(102)과 수신기 코일(104) 사이에 위치설정되어 무선 전력 전송 동안 자속(106)이 수신기 코일(104)에 도달하기 전에 송신기 차폐부(202)를 먼저 통과하도록 한다. 일부 실시예들에서, 송신기 차폐부(202)는 전자 디바이스가 무선 전력 전송을 수행하기 위해 무선 충전 디바이스에 놓일 때 계면(112)과 송신기 코일(102) 사이에 위치설정될 수 있다. 따라서, 송신기 차폐부(202) 및 송신기 코일(102)은 모두 무선 충전 디바이스 내에 위치설정될 수 있다. 송신기 차폐부(202)는 송신기 코일(102)에 의해 생성된 자속(106)의 상당 비율이 수신기(104)에 의해 수신되게 되도록 자속(106)에 대해 실질적으로 투과성이 있을 수 있다.
송신기 차폐부(202)는 자속(106)에 대해 실질적으로 투과성이 있을 수 있는 반면, 한편으로 송신기 차폐부(202)는 전기장(108)이 송신기 차폐부(202)에 의해 실질적으로 차단되도록 전기장(108)에 대해 실질적으로 투과성이 없을 수 있다. 이는 전기장(108)이 수신기 코일(104) 상에 노출되어 수신기 코일(104)에 유해한 전압을 생성하는 것을 방지한다. 송신기 차폐부(202)는 전기장(108)이 수신기 코일(104)에 도달할 수 있기 전에 그를 실질적으로 차단하므로, 전기장(108)은 수신기 코일(104) 대신 송신기 차폐부(202) 상에 전압을 생성할 수 있다. 송신기 차폐부(202) 상에 생성된 전압의 양은 만일 송신기 차폐부(202)가 존재하지 않았다면 송신기 코일(104) 상에 생성되었을 전압의 양에 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신기 차폐부(202) 상에 생성된 전압은 송신기 차폐부(202) 상에 전압이 영구적으로 남지 않도록 제거될 수 있다. 일례로서, 송신기 차폐부(202) 상의 전압은 접지로 방전될 수 있다. 따라서, 송신기 차폐부(202)는 접지 연결부(206)에 결합되어 송신기 차폐부(202) 상의 전압이 접지로 방전되게 할 수 있다. 접지 연결부(206)는 접지 링 또는 송신기 차폐부(202)로부터 전압을 제거할 수 있는 접지에 결합된 임의의 다른 적합한 전도성 구조체일 수 있다.
송신기 차폐부(202)와 유사하게, 수신기 차폐부(204)는 또한 수신기 코일(104)에 의해 생성된 전기장(110)으로부터 송신기 코일(102) 상에 유해한 전압이 생성되는 것을 방지하기 위해 무선 충전 시스템(200)에 구현될 수 있다. 수신기 차폐부(204)는 자속(106)이 수신기 코일(104)에 노출되기 전에 먼저 수신기 차폐부(204)를 통과하도록 수신기 코일(104)의 전방에 위치설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신기 차폐부(204)는 수신기 코일(104)이 또한 배치되는 전자 디바이스의 하우징 내에 위치설정된다. 따라서, 수신기 차폐부(204)는 전자 디바이스가 무선 전력 전송을 수행하기 위해 무선 충전 디바이스 상에 놓일 때 계면(112)과 수신기 코일(104) 사이에 위치설정될 수 있다.
송신기 차폐부(202)와 유사하게, 수신기 차폐부(204)는 송신기 코일(102)에 의해 생성된 상당한 비율의 자속(106)이 수신기 차폐부(204)를 통과하고 수신기(104)에 의해 수신되도록 자속(106)에 대해 실질적으로 투과성이 있는 반면, 수신기 차폐부(204)는 전기장(110)이 수신기 차폐부(204)에 의해 실질적으로 차단되도록 전기장(110)에 대해 실질적으로 투과성이 없을 수 있다. 이는 무선 전력 전송을 가능하게 하면서 전기장(110)이 송신기 코일(102)에 노출되어 송신기 코일(102) 상에 유해한 전압을 생성하는 것을 방지한다. 송신기 차폐부(202)와 마찬가지로, 수신기 차폐부(204)는 또한 전기장(110)에 의해 생성된 전압이 접지 연결부(208)로 방전될 수 있도록 접지될 수 있다. 접지 연결부(208)는 일부 실시예들에서 접지 연결부(206)와 유사한 구조체일 수 있거나, 다른 실시예들에서 접지 연결부(206)와 동일한 구조체일 수 있다.
송신기 및 수신기 차폐부(202, 204)를 무선 충전 시스템(200)에 통합함으로써, 송신기 차폐부(202) 및 수신기 차폐부(204)가 구현되는 무선 충전 디바이스 및 전자 디바이스는 자신의 접지들을 서로 노출시키고 있다. 이는 송신기 코일(102)과 수신기 코일(104) 사이의 전기적 상호작용들에 의해 야기되는 임의의 접지 노이즈를 소거한다.
본 명세서의 개시내용에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 송신기 차폐부(202) 및 수신기 차폐부(204)는 전기장의 통과를 차단하지만 자속의 통과는 허용할 수 있는 차폐 구조체들이다. 이러한 차폐 구조체들은 이러한 전기적 특성 및 기능을 제공하는 데 적합한 재료 및 두께를 포함할 수 있다. 송신기 차폐부 및 수신기 차폐부를 형성하는 데 사용될 수 있는 재료들의 상세 사항들은 본 명세서에 추가적으로 논의된다.
A. 차폐 재료
본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 전자기 차폐부, 예컨대, 송신기 차폐부(202) 및/또는 수신기 차폐부(204)는 자속은 통과하도록 하지만 전기장은 통과하지 못하도록 하는 속성들을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 제1 예에서, 전자기 차폐부는 비전도성 재료로 형성될 수 있다. 비전도성 재료는 자연적으로 자속은 통과하도록 하지만 전기장은 통과하지 못하도록 한다. 제2 예에서, 송신기 차폐부(202)는 복수의 어퍼처를 갖는 전도성 재료로 형성될 수 있다. 재료의 전도성 본성은 전압이 접지로 방전되게 하며, 어퍼처들은 자속이 송신기 차폐부(202) 상에 노출되도록 길을 내주는 통로를 제공한다. 제3 예에서, 송신기 차폐부(202)는 자속은 통과하도록 하지만 전기장은 통과하지 못하도록 하는 매우 얇은 전도성 재료로 형성될 수 있다. 전도성 재료의 두께는 자속이 통과할 정도로 충분히 얇을 수 있고, 전압이 효과적인 방법으로 전도성 재료를 이동하도록 허용할 정도로 충분히 낮은 저항을 갖는다. 다양한 전도성 속성 및 두께의 재료들이 본 명세서의 도 3 및 도 4에서 논의된다.
도 3은 차폐층, 예컨대, 송신기 차폐부(202) 또는 수신기 차폐부(204) 중 어느 하나가 무선 전력 전송 동안 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 배치될 때 송신기 코일과 수신기 코일 사이에서 획득되는 상호 인덕턴스의 측정치를 나타내는 그래프(300)이다. y축은 송신기와 수신기 코일 사이에서 획득되는 상호 인덕턴스의 백분율을 나타내며, 위로 갈수록 증가하는데, 100%는 송신기 코일에 의해 생성된 모든 자속이 수신기 코일에 의해 수신됨을 나타낸다. x축은 범위가 1.0E-05 내지 1.0E-00 밀리미터인 로그 눈금으로 차폐층의 두께를 나타내며, 오른쪽으로 갈수록 증가한다.
도 3에 도시된 바와 같이 다양한 곡선들이 그래프(300)에 대하여 표시된다. 다양한 곡선들은 구리의 전도도의 백분율(즉, % IACS, 또는 국제연동표준(International Annealed Copper Standard)의 백분율)의 관점에서 상이한 전도도를 갖는 상이한 전도성 재료들을 나타낸다. 예를 들어, 그래프(300)는 10 ㎒의 특정 주파수에서 100% IACS, 10% IACS, 1% IACS, 0.1% IACS, 0.01% IACS, 0.001% IACS, 및 0.001% IACS의 전도도를 갖는 재료들을 나타내는 곡선들을 포함할 수 있다. 재료들이 더 높은 전도도, 즉, 더 높은 % IACS를 갖는다는 것은 그러한 재료가 전기 전하의 이동을 수용하는데 더 우수하다는 것을 의미한다. 다양한 곡선들은 송신기와 수신기 코일 사이의 상호 인덕턴스의 높은 백분율을 허용하는 소정 전도도 및 두께의 재료를 선택하는 것에 대한 안내를 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 곡선은 상이한 전도도를 갖는 상이한 재료들에 대하여 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 획득가능한 상호 인덕턴스를 그것의 두께에 기초하여 나타낸다. 예를 들어, 100% IACS의 전도도를 갖는 재료로 형성된 송신기 차폐부는 그것의 두께가 대략 1.0E-05 mm일 때 100%의 상호 인덕턴스를 허용할 수 있다. 다른 예에서, 1% IACS의 전도도를 갖는 재료로 형성된 송신기 차폐부는 그것의 두께가 대략 1.0E-03 미만일 때 100%의 상호 인덕턴스를 허용할 수 있다. 따라서, 그래프(300)에서 이해될 수 있는 바와 같이, 더 높은 전도도를 갖는 재료들은 송신기와 수신기 코일 사이의 상호 인덕턴스를 감소시킬 수 있지만, 이러한 상호 인덕턴스의 감소는 차폐부의 두께를 감소시킴으로써 보상될 수 있다. 더 높은 상호 인덕턴스를 허용한다는 것은 무선 충전 시스템이 전력을 더 효율적으로 전달한다는 것을 의미하며, 차폐부가 무선 전력 전송에 부정적인 영향을 덜 미친다는 것을 의미한다.
차폐부를 형성하기에 적합한 재료를 결정할 때 전도도 및 상호 인덕턴스뿐만 아니라, 재료의 저항성도 또한 고려될 수 있다. 이는 차폐부 상의 전압을 접지로 전달하는 것이 너무 어려울 정도로 재료가 저항성일 수 없기 때문이다. 도 4는 재료의 교류 저항(ACR)을 그것의 두께에 기초하여 나타낸 그래프(400)이다. 재료의 ACR은 교류(AC) 전압이 인가될 때 재료가 갖는 저항의 양을 나타낸다. y축은 옴 단위의 재료의 저항의 양을 나타내며, 위로 갈수록 증가하고, x축은 밀리미터의 로그 눈금으로 차폐층의 두께를 나타내며, 오른쪽으로 갈수록 증가한다.
도 3의 그래프(300)와 유사하게, 다양한 곡선들이 그래프(400)에 대하여 표시된다. 다양한 곡선들은 % IACS의 관점에서 상이한 전도도를 갖는 전도성 재료들에 대한 곡선들일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 곡선들은 용이한 참조 및 교차 비교를 위하여 도 3의 그래프(300)에 도시된 것들과 동일한 전도도를 갖는 재료들을 나타낸다. 다양한 곡선들은 전기장으로 인한 누적된 전압을 과도한 열의 발생 없이 효과적으로 방전하게 할 수 있는 차폐부를 형성하기 위한 소정 저항 및 두께의 재료를 선택하는 것에 관한 안내를 제공할 수 있다. 도 4에서, 각각의 곡선은 상이한 전도도를 갖는 상이한 재료들에 대하여 그것의 두께에 기초하여 저항의 양을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 100% IACS의 전도도를 갖는 재료로 형성된 송신기 차폐부는 그것의 두께가 대략 1.0E-04 mm일 때 대략 7 옴의 저항을 가질 수 있다. 다른 예에서, 1% IACS의 전도도를 갖는 재료로 형성된 송신기 차폐부는 그것의 두께가 대략 1.0E-02 mm일 때 대략 10 옴의 저항을 가질 수 있다. 따라서, 그래프(400)에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 재료의 ACR은 두께가 증가함에 따라 증가할 수 있지만, ACR은 더 낮은 전도도를 갖는 재료들을 이용함으로써 감소될 수 있다. 더 높은 저항을 갖는다는 것은 차폐부 상에 누적된 전압을 방전하기 더 어렵다는 것을 의미한다. 높은 저항을 갖는 재료를 통해 전압을 이동하는 것은 열의 형태로 에너지의 손실을 야기하게 되는데, 이는 효율성을 감소시키고 전기적 컴포넌트들에 과도한 정도로 손상을 일으킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신기 차폐부 및/또는 수신기 차폐부는 디바이스 설계 제약에 의해 결정되는 바람직한 두께를 구비하면서 90 내지 100%의 높은 상호 인덕턴스 및 10 옴 미만의 상호 ACR을 허용하는 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 송신기 차폐부를 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 재료는 두께의 범위가 25 내지 100 nm인 니켈 바나듐(NiV)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 송신기 차폐부는 두께가 대략 50 nm인 NiV로 형성된다. 수신기 차폐부를 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 재료는 두께의 범위가 0.05 내지 0.15 μm인 은을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 수신기 차폐부는 두께가 대략 0.1 μm인 은으로 형성된다.
차폐부가 전도성 재료로 형성될 수 있지만, 유사한 속성들을 갖는 다른 재료들이 대신 사용될 수 있다. 예를 들어, 탄소를 포함하는 재료가 전자기 차폐부를 형성하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 송신기 차폐부는 탄소 잉크, 예컨대, N6X 탄소 잉크를 포함할 수 있다. 이러한 잉크는 자속의 통과를 허용하는 반면 전기장의 통과를 방지하는 데 바람직한 전기적 속성들을 획득하는 데 용이하게 주문 제작될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 탄소 잉크는 수직선으로 표시된다. 이는 탄소 잉크의 두께가 탄소 잉크가 퇴적되는 프로세스에 의해 영향을 받기 때문이다. 예를 들어, 통상적인 인쇄 프로세스는 탄소 잉크를 대략 25 μm의 두께로 인쇄할 수 있다.
B. 전자기 차폐를 갖는 예시적인 무선 충전 시스템
본 명세서에 언급된 바와 같이, 송신기 차폐부는 무선 충전 디바이스, 예컨대, 무선 충전 매트에 포함될 수 있고, 수신기 차폐부는 무선 충전 매트로부터 무선으로 전력을 수신하기 위하여 무선 충전 디바이스 상에 놓이도록 구성된 전자 디바이스 내에 포함될 수 있다. 도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 각각 전자기 차폐부를 갖는, 무선 충전 디바이스(502) 및 전자 디바이스(504)를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템(500)의 분해도를 도시한다. 무선 충전 디바이스(502)는 무선 전력 전송을 수행하기 위하여 전자 디바이스(504) 내에 대응하는 전류를 유도하는 시변 자속을 생성할 수 있다.
무선 충전 매트(502)는 2개의 쉘로 형성되는 하우징을 포함할 수 있다: 제1 쉘(505) 및 제2 쉘(506). 제1 쉘(505)은 제2 쉘(506)과 정합되어 내부 컴포넌트들이 위치설정될 수 있는 내부의 공동을 형성할 있다. 제1 쉘(505) 및 제2 쉘(506)은 또한 제1 쉘 및 제2 쉘(505, 506)이 정합될 때 하우징 내에 개구부를 형성하는 노치들(508a, 508b)을 각각 포함할 수 있다. 무선 충전 매트(500)가 외부 전원으로부터 전기적 커넥터(510)에 연결된 케이블을 통해 전력을 수신할 수 있도록 리셉터클 커넥터와 같은 전기적 커넥터(510)가 개구부 내에 위치설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기적 커넥터(510)는 전력이 외부 전원으로부터 무선 충전 매트(500)로 경유하여 무선 전력 전송을 위한 전력을 제공할 수 있도록 복수의 컨택 핀 및 컨택 핀들에 전기적으로 결합된 복수의 단자를 포함할 수 있다.
정합된 제1 쉘 및 제2 쉘(505, 506) 사이에 형성된 내부의 공동은 전자 디바이스(504)의 무선 충전을 수행하기 위한 자속을 생성하는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 드라이버 보드(510)에 결합된 송신기 코일들(509)의 어레이는 내측 공동 내에 하우징될 수 있다. 송신기 코일들(509)은 제1 쉘(505)의 상부 표면 위로 전파되어 전자 디바이스(504) 내의 수신기 코일(520) 내에 전류를 유도하는 시변 자속을 생성하도록 동작될 수 있다. 드라이버 보드(510)는 송신기 코일들(509)을 동작시키기 위한 신호 및 전력을 전달하도록 구성된 인쇄 회로 보드(PCB)일 수 있다.
송신기 코일들(509) 및 드라이버 보드(510)뿐만 아니라, 무선 충전 디바이스(502)는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 송신기 차폐부(512)를 또한 포함할 수 있다. 송신기 차폐부(512)는 자속의 통과를 허용하고 전기장의 통과를 방지하도록 구성될 수 있고, 이는 본 명세서에서 도 2의 송신기 차폐부(202)에 대하여 논의된 바와 같다. 따라서, 송신기 차폐부(512)는 무선 충전 디바이스(502) 내에서 전기장이 전자 디바이스(504) 내의 수신기 코일(520) 상에 노출되는 것을 차단하는 데 적합한 위치에 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 송신기 차폐부(512)는 자속 흐름의 방향으로, 예컨대, 송신기 코일들(509)과 제1 쉘(505) 사이에 위치설정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 쉘(505)은 충전 표면(514)을 포함하며, 그 위에 수신기 코일(520)을 갖는 전자 디바이스(504)가 무선 충전 매트(502)로부터 전력을 수신하도록 배치될 수 있다. 충전 표면(514)은 쉘(505)의 상부 표면의 일반적으로 편평한 영역일 수 있으며, 여기에 송신기 코일들(509)에 의해 생성된 자속이 나타나 전자 디바이스(504)의 내부 배터리를 충전하기 위한 수신기 코일(520) 내의 전류를 유도한다. 전자 디바이스(504)는 단지 충전 표면(512) 상에 놓여 무선 충전 디바이스(502)로부터 전력을 수신할 수 있다. 전자 디바이스(504)가 무선 충전 디바이스(502)와 접촉하는 계면(예컨대, 도 1의 계면(112))은 전자 디바이스(504)와 무선 충전 디바이스(502)의 각자의 하우징들이 서로 접촉하는 평면일 수 있다. 무선 충전 디바이스(502)에 의해 생성된 자속은 전자 디바이스(504) 내의 내부 컴포넌트들로부터 페라이트 판(522)에 의해 차폐될 수 있다. 일부 실시예들에서, 페라이트 판(522)은 수신기 코일(520) 위에 위치설정되어 자속이 페라이트 판(522)에 의해 차단되기 전에 수신기 코일(520)에 먼저 노출되도록 한다.
전자 디바이스(504)는 상부 하우징(526) 및 하부 하우징(528)을 포함할 수 있으며, 이들은 정합되어 내부 컴포넌트들, 예컨대, 수신기 코일(520) 및 페라이트 판(522)을 하우징하는 내측 공동을 형성할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 전자 디바이스(504)는 또한 그것의 내측 공동 내에 전자기 차폐부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(504)는 수신기 차폐부(524)를 포함할 수 있는데, 이는 송신기 코일들(509)에 의해 생성된 자속이 수신기 코일(520)에 의해 수신되도록 허용하지만 수신기 코일(520)로부터의 전기장이 송신기 코일들(509) 상에 노출되는 것을 방지하도록 구성될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 도 2의 수신기 차폐부(204)에 대하여 논의되는 바와 같다. 수신기 차폐부(524)는 전자 디바이스(504) 내에서 전기장이 무선 충전 디바이스(502) 내의 송신기 코일들(509) 상에 노출되는 것을 방지하는 데 적합한 위치에 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 수신기 차폐부(524)는 수신기 코일들(520)과 하부 하우징(528) 사이에 위치설정될 수 있다. 이 위치에서, 자속은 수신기 코일(520) 상에 노출되기 전에 먼저 수신기 차폐부(524)를 통과한다.
송신기 차폐부(512) 및 수신기 차폐부(524)를 구현함으로써 송신기 코일들(509)과 수신기 코일(520) 사이에 상호 인덕턴스가 존재하지만, 송신기 코일들(509) 및 수신기 코일(520)에 유해한 전압이 생성되는 것을 방지하게 된다. 이러한 전압들이 생성되는 것을 방지하는 것은 전기적 교란을 방지함으로써 무선 충전 디바이스(502) 및 전자 디바이스 둘 모두의 동작을 개선한다.
II. 전자기 차폐부의 구조
송신기 차폐부 및 수신기 차폐부는 각각 송신기 코일 및 수신기 코일 상에 유해한 전압을 생성하지 않으면서 무선 전력 전송을 수행하기 위한 무선 충전 시스템의 구현에 적합한 특정 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 송신기 차폐부 및 수신기 차폐부의 구조의 상세사항들은 본 명세서에 추가로 논의될 것이다.
A. 송신기 차폐부
도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 송신기 차폐부(600)의 평면도를 도시한다. 송신기 차폐부(600)는 무선 충전 매트, 예컨대, 도 5의 송신기 차폐부(512)를 갖는 무선 충전 매트(502)와 같이 무선 충전 디바이스 내에 하우징될 수 있다. 일부 실시예들에서, 송신기 차폐부(600)는 무선 충전 디바이스의 제원에 대응하는 제원을 가질 수 있다. 예를 들어, 송신기 차폐부(600)는 무선 충전 디바이스의 폭 및 길이에 대응하는 폭(W) 및 길이(L)를 갖는 직사각형의 형상일 수 있다. 송신기 차폐부(600)는 직사각형의 형상일 수 있지만, 실시예들이 이 송신기 차폐부에 한정되지 않고, 다른 실시예들은 무선 충전 디바이스에 대응하는 임의의 다른 형상, 예컨대, 정사각형, 직사각형, 육각형, 삼각형 등을 가질 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 송신기 차폐부(600)의 에지에 노치(606)가 형성되어 무선 충전 매트 내의 다른 컴포넌트들, 예컨대, 외부 공급원으로부터 전력을 수신하기 위하여 외부 케이블과 연결하기 위한 리셉터클 커넥터를 위한 공간을 제공할 수 있다.
송신기 차폐부(600)는 송신기 차폐부(600) 상의 임의의 전압을 방전하기 위하여 그것의 에지들(602)에서 접지에 결합될 수 있다. 송신기 차폐부(600)의 내측 영역 근처에 존재하는 전압은 송신기 차폐부(600)의 대부분을 횡단함으로써 에지들(602)에 이동해야 할 수 있는데, 이는, 예컨대, 더 큰 저항을 생성함으로써 전압을 접지로 전달하는 데 어려움을 야기할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 전도성 트레이스들(604)이 송신기 차폐부(600) 내에 내장되어 전압을 접지로 방전하는 데 도움을 줄 수 있다. 트레이스들(604)의 낮은 저항성 및 높은 전도도는 전압이 신속하게 에지들(602)로 이동할 수 있는 통로를 제공한다. 따라서, 송신기 차폐부(600)는 신속하게 전압을 접지에 방전하는 것이 가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신기 차폐부(600)는 무선 충전 디바이스 내에 배치된 송신기 코일들의 어레이를 차폐하는 데 적합한 제원을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 7은 송신기 코일들(702)의 어레이 위에 위치설정된 송신기 차폐부(600)를 포함하는 예시적인 무선 충전 디바이스(700)를 도시한다. 송신기 코일들(702)은 도 5의 송신기 코일들(509)과 기능 및 형태 상 유사할 수 있다. 송신기 차폐부(600) 및 송신기 코일들(702)이 보일 수 있도록 무선 충전 디바이스(700)의 상위 층들은 도시되지 않는다. 추가적으로, 송신기 코일들(702)은 점선으로 도시되어 송신기 코일들이 송신기 차폐부(600) 아래에 배치됨을 나타낸다. 송신기 코일들(702)을 도시함으로써 송신기 차폐부(600)에 대한 그것들의 상대적인 위치를 이해하는 데 도움을 준다.
도 7에 도시된 바와 같이, 송신기 차폐부(600)는 각각의 송신기 코일이 송신기 차폐부(600)에 의해 차폐되도록 송신기 코일들(702)의 전체 어레이를 커버할 만큼 충분히 크다. 동작 시, 각각의 송신기 코일(702)은 송신기 차폐부(600)를 통과하여 수신기 코일 상에 전류를 유도하는 자속을 생성할 수 있다. 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 큰 전압차에 의해 생성된 전기장은 각각의 송신기 코일 둘레의 송신기 차폐부(600)에 전압을 생성할 수 있다. 생성된 전압은 송신기 차폐부(600)를 가로질러 에지들(602)로 흘러 접지로 방전될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 전도성 트레이스들(604)이 송신기 차폐부(600) 내에 내장되어 송신기 차폐부(600) 상의 생성된 전압의 방전을 촉진할 수 있다. 전도성 트랜스들(604)은 각자의 송신기 코일들 위에 위치설정되어 이 전압들을 에지들(602)에서 접지로 전달할 수 있다. 추가적으로, 전도성 트레이스들(604) 각각의 송신기 코일(702)의 권취부에 수직하게 위치설정되어 송신기 코일들(702)의 동작 시 전도성 트레이스들(604)에서의 전류 생성을 최소화할 수 있다. 이 전류는 전도성 트레이스들(604) 사이의 전기적 상호작용 및 송신기 코일들(702)에 의해 생성된 자속에 의해 생성될 수 있다. 유도 전류는 송신기 차폐부(600) 상의 전압을 방전하는 능력을 저해할 수 있다. 따라서, 전도성 트레이스들(604)을 송신기 코일들(702)의 권취부에 수직하게 배열함으로써 이 유도 전류를 최소화할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신기 차폐부(600)는 2층 이상의 재료를 포함하는 구조체로 형성될 수 있다. 도 8은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 무선 충전 디바이스를 위한 송신기 차폐부 및 송신기 코일들의 단면(800)을 도시하는 개략도이다. 구체적으로, 도 8은 도 7에 도시된 예시적인 송신기 코일(702) 및 송신기 차폐부(600)의 단면을 도시한다. 송신기 차폐부(600)는 송신기 코일들(702)에 의해 생성된 자속이 송신기 차폐부(600)를 통해 계면 표면(808)을 향해 위로 흐를 수 있도록 송신기 코일들(702) 위에 배치될 수 있다. 계면 표면(808)은 도 5의 충전 표면(514)과 같은 무선 충전 디바이스의 하우징의 상부 표면일 수 있으며, 이는 전기 디바이스의 하우징과 접촉하여 무선 충전을 수행한다. 송신기 코일들(702)은 각각 코일 봉지층(810)과 같은 보호층에 의해 봉지될 수 있다. 봉지층(810)은 송신기 코일들(702)을 보호하기에 적합한 임의의 비전도성 재료, 예컨대, 폴리이미드(PI)로 형성될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 따라, 송신기 차폐부(600)는 송신기 차폐부(600)의 전기적 기능들을 수행하기 위한 전도성 층(802)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 층(802)은 자속이 송신기 차폐부(600)를 통과하도록 허용하지만 전기장이 송신기 차폐부(600)를 통과하는 것은 방지하는 속성들을 갖는 전도성 재료의 층일 수 있으며, 이는 본 명세서에서 도 3 및 도 4에 대하여 논의된 전도성 재료들 중 임의의 것과 같다. 특정 실시예에서, 전도성 층(802)은 두께가 대략 50 nm인 NiV로 형성될 수 있다.
본 명세서에 언급된 바와 같이, 송신기 차폐부(600)는 전기장으로부터 누적된 전압의 방전을 촉진하기 위한 전도성 트레이스들(604)을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전도성 트레이스들(604)은 전도성 층(802)에 존재하는 전압이 전도성 트레이스들(604) 안으로 흘러 들어가서 신속하게 송신기 차폐부(600)의 에지들로 전달되어 접지로 방전되도록 전도성 층(802) 내에 내장될 수 있다.
전도성 층(802)은 전도성 층(802)에 구조적 지지를 제공하도록 구성된 지지 구조체에 부착될 수 있다. 예를 들어, 전도성 층(802)은 기판(804)에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(804)은 전도성 층(802)이 퇴적 또는 적층될 수 있는 베이스 구조체일 수 있다. 기판(804)은 전도성 층(802)의 퇴적 또는 적층을 부지하기 위한 최소 두께를 갖는 강성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(804)은 두께의 범위가 20 내지 30 μm인, 특히 소정 실시예들에서 26 μm인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다. 따라서, 기판(804)은 전도성 층(802)에 구조적 지지를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 접착제 층(806)은 전도성 층(802)이 무선 전력 전송 동안 송신기 코일들(702)과 연관된 전기장을 인터셉트하여 유해한 전압이 수신기 코일 상에 생성되는 것을 방지하도록 위치설정되도록 송신기 코일들(702) 위에 전도성 층(802)을 고정할 수 있다. 송신기 코일들(702)이 전도성 층(802)의 전체 하부 표면에 걸쳐 연장되지 않을 수 있기 때문에, 접착제 층(806)도 전도성 층(802)의 전체 하부 표면에 걸쳐 연장되어야 하는 것은 아닐 수 있다. 대신에, 접착제 층(806)은 송신기 코일들(702)을 전도성 층(802)에 충분하게 결합하기에 충분히 멀리 연장될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 접착제 층(806)은 전도성 층(802)의 전체 하부 표면에 걸쳐 연장되지 않고, 그럼으로써 제조 비용을 줄이게 된다. 접착제 층(806)은 임의의 적합한 비전도성 접착 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 접착제 층(806)은 감압 접착제(PSA)로 형성될 수 있다.
B. 수신기 차폐부
도 9는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 수신기 차폐부(900)의 평면도를 도시한다. 예컨대, 도 5의 차폐부(524)를 갖는 전자 디바이스(504)와 같이, 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿, 랩톱 등과 같은 전자 디바이스 내에 수신기 차폐부(900)가 하우징될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신기 차폐부(900)는 수신기 코일의 제원에 대응하는 제원을 가질 수 있다. 예를 들어, 수신기 차폐부(900)는 일반적으로 원형 형상, 또는 수신기 코일에 대응하는 임의의 다른 형상, 예컨대, 정사각형, 직사각형, 육각형, 삼각형 등일 수 있다. 수신기 차폐부(900)는 수신기 차폐부(900) 상에 생성된 전압을 방전하기 위하여 접지로의 연결이 연결될 수 있는 영역을 제공하는 간극(902)을 가질 수 있다. 추가적으로, 간극(902)은 전자 디바이스의 다른 컴포넌트들, 예컨대, 수신기 코일을 위한 연결 단자를 위한 공간을 제공할 수 있으며, 이는 본 명세서에서 추가적으로 논의될 것이다.
일부 실시예들에서, 접지에 대한 연결은 수신기 차폐부(900) 상에 생성된 전압이 접지로 방전될 수 있도록 간극(902)의 상부에 가장 가까운 수신기 차폐부(900)의 단부(904)에 구축될 수 있다. 단부(904)에서 접지에 대한 연결을 제공하는 것이 수신기 차폐부(900) 상의 전압을 방전시키는 것을 돕는 반면, 수신기 차폐부(900)의 성능은 수신기 차폐부(900)를 전기적으로 2개의 절반부: 제1 절반부(910) 및 제2 절반부(912)로 분리하기 위해 간극(902)의 반대편에 위치설정된 수신기 차폐부(900)에 절결부(908)를 포함시킴으로써 향상될 수 있다. 두 절반부(910, 912)가 접지에 결합되어 수신기 차폐부(900)에 생성된 임의의 전압을 방전하도록 접지로의 연결이 간극(902)의 하부에 가까운 단부(906)에 제공될 수 있다. 수신기 차폐부(900)에 절결부(908)가 없으면, 단부들(904, 906) 사이의 전위 차는 수신기 차폐부(900)의 전체 표면적에 의해 포착된 전압에 기초할 수 있다. 이로 인해 단부들(904, 906) 사이에 큰 전위차가 생길 수 있어 접지로 방전되기 어려울 수 있다. 절결부(908)를 포함시킴으로써, 전위차가 실질적으로 예컨대, 절반으로 감소될 수 있고, 이에 따라 전압을 접지로 방전하기가 보다 용이해진다.
수신기 차폐부(900)는 전자 디바이스 내에 배치된 수신기 코일을 차폐하기에 적합한 제원을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 10은 전자 디바이스를 위한 예시적인 수신기 시스템(1000)의 평면도를 도시한다. 수신기 시스템(1000)은 수신기 차폐부(900), 페라이트 판(1002), 및 수신기 차폐부(900)와 페라이트 판(1002) 사이에 위치설정된 수신기 코일(1004)을 포함할 수 있다. 수신기 코일(1004)이 점선으로 도시되어 수신기 코일들이 수신기 차폐부(900) 뒤에 배치되어 있음을 나타내며, 이는 도 10의 평면도에서 도시된 바와 같다. 수신기 코일(1004)을 도시함으로써 수신기 차폐부(900)에 대한 상대적인 위치를 이해하는 데 도움을 준다.
도 10에 도시된 바와 같이, 수신기 차폐부(900)는 수신기 코일(1004)이 수신기 차폐부(900)에 의해 완전히 차폐되도록 전체 수신기 코일(1004)을 커버할 만큼 충분히 크다. 일부 실시예들에서, 수신기 코일(1004)은 내경으로부터 외경으로 권취된 코일의 권취부로 형성된 납작한, 디스크 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 수신기 차폐부(900)는 또한 대응하는 내부 및 외부 직경을 갖는 디스크형 형상을 가질 수 있다. 동작 동안, 수신기 코일(1004)로부터의 전기장이 수신기 차폐부(900)에서 전압을 생성할 수 있다. 생성된 전압은 수신기 차폐부(900)를 가로질러 단부들(904, 906) 중 적어도 하나에 흐르고 접지로 방전될 수 있다.
일부 실시예들에서, 연결 단자들(1006)은 수신기 차폐부(900)의 간극(902) 내에 위치설정될 수 있다. 연결 단자들(1006)은 수신기 코일(1004)에 유도된 전류가 전자 디바이스 내의 배터리를 충전하기 위한 전력을 제공하도록 연결될 수 있는 전기 경로들을 제공할 수 있다. 또한, 연결 단자들(1006)은 수신기 차폐부(900)의 전압을 접지로 연결하기 위한 접지 선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신기 차폐부(900)는 전압을 전체 수신기 차폐부(900)로부터 접지로 전달(예컨대, 절결부(908)가 없는 경우)하기 위한 단일 접지 선을 포함할 수 있거나, 또는 그것은 2개의 접지 선을 포함할 수 있는데, 하나는 전압을 수신기 차폐부(900)의 제1 절반부(910)로부터 접지로 전달하고, 다른 하나는 전압을 수신기 차폐부(900)의 제2 절반부(912)로부터 접지로 전달하기 위한 것이다. 각각의 접지 선은 그것이 전압을 접지로 방전하기 위한 각자의 단부에 가까이 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 절반부(910)를 접지하기 위한 접지 선은 단부(904)에 가까이 위치설정될 수 있는 반면, 제2 절반부(912)를 접지하기 위한 접지 선은 단부(906)에 가까이 위치설정될 수 있다.
페라이트 판(1002)은 수신기 차폐부(900)가 위치설정된 측면의 반대편에 수신기 코일(1004)의 일 측면 상에 위치설정될 수 있다. 페라이트 판(1002)은 자속 및 전기장이 전자 디바이스 내의 감응성 전기적 컴포넌트들을 방해하는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 페라이트 판(1002)은 임의의 적합한 강자성 재료로 형성될 수 있다. 수신기 시스템(1000)의 구조적 계층을 잘 이해하기 위하여, 수신기 시스템(1000)의 단면도가 도 11에 도시된다.
도 11은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 수신기 시스템(1000)의 단면(1100)을 도시하는 개략도이다. 수신기 시스템(1000)은 수신기 코일(1004)에 결합된 수신기 차폐부(900)를 포함할 수 있는데, 수신기 코일(1004)은 페라이트 판(1002)에 결합된다. 수신기 코일(1004)은 페라이트 판(1002)이 감응성 전기적 컴포넌트들을 무선 전력 전송 동안 생성된 자속 및 전기장으로부터 보호할 수 있도록 페라이트 판(1002) 아래에 위치설정될 수 있다. 수신기 차폐부(900)는, 송신기에 의해 생성된 자속이 수신기 코일(1004)에 의해 수신되기 전에 계면 표면(1108)으로부터 수신기 차폐부(900)를 통해 상향으로 흐를 수 있도록 수신기 코일(1004) 아래에 배치될 수 있다. 계면 표면(1108)은 무선 충전을 수행하기 위하여 무선 충전 디바이스의 충전 표면과 접촉하는 전자 디바이스의 하우징의 하부 표면일 수 있다. 수신기 코일(1004)은 보호층, 예컨대, 코일 봉지층(1110)에 의해 봉지될 수 있다. 봉지층(1110)은 수신기 코일(1004)을 보호하기에 적합한 임의의 비전도성 재료, 예컨대, 폴리이미드(PI)로 형성될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 따라, 수신기 차폐부(900)는 본 명세서에서 논의된 수신기 차폐부의 전기적 기능들을 수행할 수 있는 전도성 재료의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수신기 차폐부(900)는 자속이 수신기 차폐부(900)를 통과하도록 허용하지만 전기장이 수신기 차폐부(900)를 통과하는 것은 방지하는 속성들을 갖는 전도성 재료의 층일 수 있으며, 이는 본 명세서에서 도 3 및 도 4에 대하여 논의된 전도성 재료들 중 임의의 것과 같다. 특정 실시예에서, 수신기 차폐부(900)는 두께가 대략 0.1 μm인 은 플레이크와 같은 은으로 형성될 수 있다.
수신기 차폐부(900)는 접착제 층(1102)에 의해 수신기 코일(1004)에 결합될 수 있다. 접착제 층(1102)은 수신기 차폐부(900)가 무선 전력 전송 동안 수신기 차폐부(900)와 연관된 전기장을 인터셉트하여 송신기 코일 상에 유해한 전압이 생성되는 것을 방지하도록 위치설정되도록 수신기 코일(1004) 아래에 수신기 차폐부(900)를 고정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착제 층(1102)은 연결 단자, 예컨대, 도 10의 연결 단자(1006)와 결합함으로써 전압을 접지로 전달하도록 구성될 수 있다. 따라서, 접착제 층(1102)은 임의의 적합한 전도성 접착 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 접착제 층(1102)은 전도성 감압 접착제(CPSA)로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수신기 차폐부(900)는 보호층(1104)에 의해 커버될 수 있다. 보호층(1104)은 임의의 노출된 표면들을 커버하고 수신기 차폐부(900)가 산화되는 것을 막기 위하여 수신기 차폐부(900) 아래에 위치설정될 수 있다. 보호층은 임의의 적합한 유전체 재료로 형성될 수 있다.
공간적으로 관련된 용어들, 예컨대 "하부", "상부", "상향", 또는 "하향" 등은, 예를 들어, 도면들에서 예시되는 바와 같이, 다른 구성요소(들) 및/또는 특징부(들)에 대한 구성요소 및/또는 특징부의 관계를 설명하는 데 사용될 수 있다. 공간적으로 관련된 용어들은 도면에 도시된 배향에 추가적으로 사용 및/또는 동작에서 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도됨을 이해할 것이다. 예를 들어, 디바이스가 도면들에서 뒤집혀 있는 경우, "하부" 표면으로 설명된 구성요소들은 다른 구성요소들 또는 특징부들 "위에" 배향될 수 있다. 디바이스는 다른 방식으로 배향될 수 있고(예를 들어, 90도 회전 또는 다른 배향), 본 명세서에 사용되는 공간적으로 관련된 기술어들은 그에 따라 해석된다.
본 발명이 특정 실시예들에 대하여 기술되었지만, 본 발명은 하기의 청구범위의 범주 내의 모든 수정들 및 등가물들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 무선 충전 시스템으로서,
    자속을 생성하도록 구성된 송신기 코일;
    상기 생성된 자속을 수신하도록 상기 송신기 코일과 동축에 위치설정된 수신기 코일 - 상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 사이의 전기적 상호작용이 전기장을 생성함 -;
    송신기 차폐부 - 상기 송신기 차폐부는 상기 송신기 코일과 상기 수신기 코일 사이에 위치설정되어 상기 송신기 코일로부터 멀리 지향되는 상기 전기장의 일부를 인터셉트(intercept)하고 상기 자속이 상기 송신기 차폐부를 통과하도록 허용함 -; 및
    수신기 차폐부 - 상기 수신기 차폐부는 상기 송신기 차폐부와 상기 수신기 코일 사이에 위치설정되어 상기 수신기 코일로부터 멀리 지향되는 상기 전기장의 일부를 인터셉트하고 상기 자속이 상기 수신기 차폐부를 통과하도록 허용하며, 상기 수신기 차폐부는 간극 및 상기 간극으로부터 떨어져 위치설정된 절결부를 정의하고, 상기 간극 및 상기 절결부 각각은 상기 수신기 차폐부의 내경으로부터 상기 수신기 차폐부를 완전히 통과하여 상기 수신기 차폐부의 외경까지 연장됨 -
    를 포함하는, 무선 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신기 차폐부 및 수신기 차폐부는 각각 접지되어 상기 전기장에 의해 생성된 전압을 방전하는, 무선 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신기 차폐부는 상기 자속의 방향을 따라 위치설정되는, 무선 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신기 차폐부는 전도성 재료로 형성되는, 무선 충전 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전도성 재료는 NiV인, 무선 충전 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 송신기 차폐부의 두께는 20 내지 30 ㎛인, 무선 충전 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 무선 전력 전송을 위한 자속을 수신하도록 구성된 전자 디바이스로서,
    페라이트 층;
    상기 페라이트 층 아래에 배치된 수신기 코일;
    상기 수신기 코일 아래에 배치된 전자기 차폐부 - 상기 전자기 차폐부는 자속에 대하여 투과성이 있고 전기장에 대하여 투과성이 없도록 구성되며, 상기 전자기 차폐부는 간극 및 상기 간극으로부터 떨어져 위치설정된 절결부를 정의하고, 상기 간극 및 상기 절결부 각각은 상기 전자기 차폐부의 내경으로부터 상기 전자기 차폐부를 완전히 통과하여 상기 전자기 차폐부의 외경까지 연장됨 -;
    상기 수신기 코일과 상기 전자기 차폐부 사이에 배치된 전도성 접착제 층 - 상기 전도성 접착제 층은 상기 전자기 차폐부를 상기 수신기 코일에 부착함 -; 및
    상기 전자기 차폐부의 하부 표면 상에 배치된 보호층을 포함하는, 전자 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 수신기 코일은,
    와이어의 코일; 및
    상기 와이어의 코일에 부착된 절연 재료를 포함하는, 전자 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 절연 재료는 PI인, 전자 디바이스.
  17. 제14항에 있어서, 상기 전자기 차폐부는 전도성 층을 포함하는, 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전도성 층은 은으로 형성되는, 전자 디바이스.
  19. 제14항에 있어서, 상기 전자기 차폐부의 두께는 0.05 내지 0.15 μm인, 전자 디바이스.
  20. 제14항에 있어서, 상기 전도성 접착제 층은 전도성 감압 접착제인, 전자 디바이스.
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