KR102164530B1 - 무선 충전 기판 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 충전 기판 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 무선 충전 기판은 연자성 층; 상기 연자성 층의 일면에 배치되는 코일 패턴; 상기 코일 패턴과 동일 평면 상에 배치되어, 상기 코일 패턴에서 발생하는 열을 방열하는 방열부;를 포함한다.

Description

무선 충전 기판 및 장치{WIRELESS CHARGING BORAD AND DEVICE}
본 발명의 실시예는 무선 충전 기판 및 장치에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication)는 무선태그(RFID) 기술 중 하나로 13.56MHz의 주파수 대역을 사용하는 스마트 카드식 비접촉식 통신 기술이며, WPC(Wireless Power Conversion)는 무선 충전 기술로서 근거리에서 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 비접촉식 충전 기술이다.
NFC는 근거리에서 낮은 전력으로 전자 기기 간의 무선 통신을 가능하게 하며, 통신거리가 짧기 때문에 상대적으로 보안이 우수하고 가격이 저렴해 주목 받는 차세대 근거리 통신 기술로서, 스마트 카드에 비하여 양방향성을 가지며, 저장 메모리 공간이 크고, 적용 가능한 서비스의 폭이 넓은 장점이 있으며, WPC는 별도의 전기적 접촉 없이 자기 결합을 통해 배터리를 충전할 수 있어 다양한 분야의 배터리 충전에 적용이 가능한 장점이 있다.
NFC와 WPC 시스템에서의 안테나는 일정한 면적의 코일을 포함하여 구성되어, 마이크로 칩의 동작을 위해 필요한 에너지를 리더로부터 제공받는다.
1차 코일에서 발생한 교류 전력 에너지에 의해 자기장이 형성되어 안테나의 코일을 관통하여 전류가 유기되고, 안테나의 인덕턴스에 의해 전압이 발생한다. 이와 같이 발생한 전압은 데이터 전송을 위한 전력으로 사용되거나 배터리의 충전에 사용된다.
그러나, 종래 기술에 따르면 2차 코일 측인 수신부 측은 연자성 층 상에 코일로 구성되며, 코일 상에 전류의 유기 시에 코일에 열이 발생하므로 효율적으로 방열하기 위한 방안이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예는 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 코일 패턴의 주변부에 방열부를 구성하여, 코일 패턴에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 외부로 방열하고자 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 무선 충전 기판의 구조 또는 필요한 방열 수준에 따라 방열부의 면적을 조절하여, 제조 비용을 줄이면서도 일정 수준 이상의 방열 수준을 제공하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 무선 충전 기판은 연자성 층; 상기 연자성 층의 일면에 배치되는 코일 패턴; 상기 코일 패턴과 동일 평면 상에 배치되어, 상기 코일 패턴에서 발생하는 열을 방열하는 방열부;을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열부는, 상기 코일 패턴이 배치되는 평면과 동일 평면 상에서, 상기 코일 패턴에 의해 둘러싸인 내부 영역에 배치되는 제1 방열부; 상기 코일 패턴이 배치되는 평면과 동일 평면 상에서, 상기 코일 패턴의 외부 영역에 배치되는 제2 방열부;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열부는 열전도 페이스트, 연자성 재료 및 금속 재료 중에서 어느 하나로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연자성 층의 타면에 배치되는 방열 층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열부와 접촉하며 상기 무선 충전 기판을 수납하는 하우징;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열부는 상기 하우징과 상기 연자성 층의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연자성 층은 비정질 합금 리본, 결정질 합금 리본, 결정질 합금, 비정질 합금, 나노결정질 리본, 규소 강판 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열 층은 금속 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속 재료는 니켈, 철, 알루미늄, 구리, 주석, 아연, 텅스텐, 및 은 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방열 층은 배터리 하우징일 수 있다.
본 발명에 따른 무선 충전 장치는 연자성 층, 상기 연자성 층의 일면에 배치되는 코일 패턴, 상기 코일 패턴과 동일 평면 상에 배치되어 상기 코일 패턴에서 발생하는 열을 방열하는 방열부를 포함하는 무선 충전 기판; 및 상기 무선 충전 기판을 수납하며, 상기 코일 패턴 및 상기 방열부로부터의 열을 방열하는 하우징;을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 코일 패턴의 주변부에 방열부를 구성하여, 코일 패턴에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 외부로 방열 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 무선 충전 기판의 구조 또는 필요한 방열 수준에 따라 방열부의 면적을 조절하여, 제조 비용을 줄이면서도 일정 수준 이상의 방열 수준을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 기판의 상면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 기판의 상면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템의 단면도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 기판 및 장치를 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 시스템은 송신부(200) 및 수신부(100)를 포함하며, 상기 송신부(200) 및 수신부(100)는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 장치로 구성될 수 있다.
본 발명의 WPC(Wireless Power Conversion)는 무선 충전 기술로서 근거리에서 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 비접촉식 충전 기술을 말한다.
송신부(200) 및 수신부(100)는 각각 코일 패턴(110, 210)을 포함하며, 송신부(200)의 코일 패턴(210)에 전력이 공급되어 교류 전류가 흐르면 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 수신부(100)의 코일 패턴(110)에도 교류 전류가 유도된다.
수신부(100) 측에서는 상기 유도된 교류 전류를 이용하여 배터리(미도시)에 충전이 이루어질 수 있다.
한편, 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 시스템인 경우에, 상기 송신부(200)는 송신 패드(pad)로 구성될 수 있으며, 수신부(100)는 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등의 일부 구성으로 구성될 수 있다.
또한, 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등은 상기 수신부(100)만을 포함하도록 구성되거나, 상기 송신부(200) 및 수신부(110)를 모두 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 시스템의 경우에는, 상기 송신부(200)는 리더(Reader)로 구성되고, 상기 수신부(100)는 태그(Tag)로 구성될 수 있다.
한편, 송신부(200)는 하우징(250) 내에 연자성 층(220), 방열 층(230) 및 코일 패턴(210)을 포함할 수 있으며, 상기 방열 층(230)은 상기 코일 패턴(210)으로부터의 열을 방열 할 수 있다.
또한, 수신부(100)는 하우징(140)내에 수납되는 무선 충전 기판을 포함하며, 상기 무선 충전 기판은 코일 패턴(110), 연자성 층(120) 및 방열부(115, 116)을 포함하며, 방열층(130) 및 하우징(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 코일 패턴(110)은 연자성 층(120) 상에 코일(coil)을 이용하여 구성할 수 있다. 또한, 상기 코일 패턴(110)은 코일이 3 내지 4 턴(turn) 감긴 형태로 구성될 수 있다.
연자성 층(120)은 일면에 상기 코일 패턴(110)이 배치되고, 타면에는 방열 층(130)이 배치될 수 있다.
이때, 상기 연자성 층(120)은 비정질 합금 리본, 결정질 합금 리본, 결정질 합금, 비정질 합금, 나노결정질 리본, 규소 강판 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 방열부(115, 116)는 코일 패턴(110)이 배치되는 평면과 동일 평면 상에 배치되어, 상기 코일 패턴(110)에서 발생하는 열을 방열한다.
보다 상세하게 설명하면, 방열부(115, 116)는 코일 패턴(110)의 주변부에 형성되어, 코일 패턴(110)에서 발생하는 열을 주변으로 방열할 수 있다.
한편, 상기 방열부(115, 116)는 열전도 페이스트, 연자성 재료 및 금속 재료 중에서 어느 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 하우징(140)은 무선 충전 기판을 수납하는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 방열부(115, 116)와 접촉하여 방열부(115, 116)로부터의 열을 외부로 전달함으로써, 방열부(115, 116)가 보다 효율적으로 방열할 수 있도록 한다.
또한, 연자성 층(120)의 타면에 형성된 방열 층(130)은 코일 패턴(110)에서 발생하는 열을 방열하는 역할을 한다.
이때, 상기 방열 층(130)은 배터리의 하우징으로 구성될 수 있으며, 방열 층(130)을 구성하는 금속 재료로는 니켈, 철, 알루미늄, 구리, 주석, 아연, 텅스텐, 및 은 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 재료가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 기판의 상면도이다.
이후부터는 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 기판의 방열부를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 연자성 층(120)의 일면에는 코일 패턴(110)이 형성된다.
상기 연자성 층(120)은 금속 재료 또는 페라이트(ferrite) 소재로 이루어질 수 있으며, 소결체(pellet), 플레이트(plate), 리본, 호일(foil), 필름(film) 등의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y 및 Cd 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 페라이트(ferrite)로 구성될 수도 있다.
보다 상세하게 설명하면, 연자성 층(120)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 단일 금속 또는 합금 분말 플레이크 및 고분자 수지를 포함하는 컴포지트 형태로 구성되거나, Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금 리본, 적층 리본, 호일 또는 필름으로 구성될 수 있으며, FeSiCr 플레이크를 90wt% 이상 포함하고, 고분자 수지를 10wt% 이하 포함하는 컴포지트로 구성되거나, Ni-Zn 계 페라이트를 포함하는 시트, 리본, 호일 또는 필름으로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 연자성 층(120) 상에는 코일 패턴(110)이 배치된다.
코일 패턴(110)은 연자성 층(120)의 표면 상에 감겨진 코일 형태로 구성될 수 있다.
상기 코일 패턴(110)은 휴대 단말에 적용되는 수신 안테나를 예로 들면, 외경 50mm 이내, 내경 20mm 이상의 나선형 코일(spiral coil)의 형태일 수 있다.
방열부(115, 116)은 상기 연자성 층(120) 상의 코일 패턴(110)의 주변부 배치된다.
즉, 방열부(115, 116)은 코일 패턴(110)이 배치되는 평면과 동일 평면 상에 배치되어 상기 코일 패턴(110)에서 발생하는 열을 방열한다.
상기 방열부(115, 116)은 상기 코일 패턴(110)에 의해 둘러싸인 내부의 영역에 배치되는 제1 방열부(115)과, 상기 코일 패턴(110)의 외부 영역에 배치되는 제2 방열부(116)을 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 방열부(115)과 제2 방열부(116)은 코일 패턴(110)의 내측과 외측에 각각 배치되어, 코일 패턴(110)에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방열할 수 있다.
즉, 제1 방열부(115)과 제2 방열부(116)이 넓은 면적의 형태로 구성되므로, 코일 패턴(110)에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 하우징(140)과 연자성 층(120) 상의 방열 층(130)으로 전달하여 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명 다른 실시예에 따른 무선 충전 기판의 상면도이다.
도 3 내지 도 5의 일실시예에서도 방열부(115, 116)이 상기 연자성 층(120) 상의 코일 패턴(110)의 주변부 배치된다.
이때, 제1 방열부(115)은 코일 패턴(110)에 의해 둘러싸인 내부의 영역에 배치되고, 제2 방열부(116)은 코일 패턴(110)의 외부의 영역에 배치되되, 도 3의 실시예에서는 제2 방열부(116)이 연자성 층(120) 상에서 상하 방향으로 배치되고, 도 4의 실시예에서는 제2 방열부(116)이 연자성 층(120) 상에서 좌우 방향으로 배치된다.
한편, 도 5의 실시예에서는 제2 방열부(116)이 코일 패턴(110)의 외주면을 따라서 배치된 고리의 형태로 구성될 수 있다.
또한, 도 6의 실시예에서와 같이 코일 패턴의 내부 영역에만 방열부(115)이 배치될 수도 있다.
도 3 내지 도 6의 실시예에서와 같이 제2 방열부(116)을 배치하면, 방열부의 면적을 줄여 제조 비용을 줄이면서도 일정 수준 이상의 방열 수준을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예들에 따르면 코일 패턴의 주변부에 방열부를 구성하여, 코일 패턴에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 외부로 방열 할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 수신부
110: 코일 패턴
115: 제1 방열부
116: 제2 방열부
120: 연자성 층
130: 방열 층
140: 하우징
200: 송신부
210: 코일 패턴
220: 연자성 층
250: 하우징

Claims (11)

  1. 연자성 층;
    상기 연자성 층의 일면에 배치되는 코일 패턴; 그리고
    상기 코일 패턴과 동일 평면 상에 배치되어, 상기 코일 패턴에서 발생하는 열을 방열하는 방열부;
    를 포함하고,
    상기 방열부는,
    상기 코일 패턴이 배치되는 평면과 동일 평면 상에서, 상기 코일 패턴에 의해 둘러싸인 내부 영역에 상기 코일 패턴과 이격되도록 배치되는 제1 방열부; 그리고
    상기 코일 패턴이 배치되는 평면과 동일 평면 상에서, 상기 코일 패턴의 외부 영역에 상기 코일 패턴과 이격되도록 배치되는 제2 방열부;를 포함하고,
    상기 제1 방열부 및 상기 제2 방열부는 서로 분리된 무선 충전 기판.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열부는,
    열전도 페이스트, 연자성 재료 및 금속 재료 중에서 어느 하나로부터 형성되는 무선 충전 기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연자성 층의 타면에 배치되는 방열 층;
    을 더 포함하는 무선 충전 기판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열부와 접촉하며, 상기 무선 충전 기판을 수납하는 하우징;
    을 더 포함하는 무선 충전 기판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 방열부는,
    상기 하우징과 상기 연자성 층의 사이에 배치되는 무선 충전 기판.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연자성 층은,
    비정질 합금 리본, 결정질 합금 리본, 결정질 합금, 비정질 합금, 나노결정질 리본, 규소 강판 중에서 어느 하나로 구성되는 무선 충전 기판.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 방열 층은,
    금속 재료를 포함하는 무선 충전 기판.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 금속 재료는,
    니켈, 철, 알루미늄, 구리, 주석, 아연, 텅스텐, 및 은 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 무선 충전 기판.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 방열 층은,
    배터리 하우징인 무선 충전 기판.
  11. 연자성 층, 상기 연자성 층의 일면에 배치되는 코일 패턴, 상기 코일 패턴과 동일 평면 상에 배치되어 상기 코일 패턴에서 발생하는 열을 방열하는 방열부를 포함하는 무선 충전 기판; 및
    상기 무선 충전 기판을 수납하며, 상기 코일 패턴 및 상기 방열부로부터의 열을 방열하는 하우징;
    을 포함하고,
    상기 방열부는,
    상기 코일 패턴이 배치되는 평면과 동일 평면 상에서, 상기 코일 패턴에 의해 둘러싸인 내부 영역에 상기 코일 패턴과 이격되도록 배치되는 제1 방열부; 그리고
    상기 코일 패턴이 배치되는 평면과 동일 평면 상에서, 상기 코일 패턴의 외부 영역에 상기 코일 패턴과 이격되도록 배치되는 제2 방열부;를 포함하고,
    상기 제1 방열부 및 상기 제2 방열부는 서로 분리된 무선 충전 장치.
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