KR102298109B1 - 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차 - Google Patents

무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차 Download PDF

Info

Publication number
KR102298109B1
KR102298109B1 KR1020190135513A KR20190135513A KR102298109B1 KR 102298109 B1 KR102298109 B1 KR 102298109B1 KR 1020190135513 A KR1020190135513 A KR 1020190135513A KR 20190135513 A KR20190135513 A KR 20190135513A KR 102298109 B1 KR102298109 B1 KR 102298109B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic material
wireless charging
air
circulation unit
air circulation
Prior art date
Application number
KR1020190135513A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210050919A (ko
Inventor
이승환
김나영
최종학
김태경
Original Assignee
에스케이씨 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이씨 주식회사 filed Critical 에스케이씨 주식회사
Priority to KR1020190135513A priority Critical patent/KR102298109B1/ko
Priority to PCT/KR2020/014939 priority patent/WO2021086071A1/ko
Priority to EP20881414.5A priority patent/EP4053863A4/en
Priority to JP2022520631A priority patent/JP7329139B2/ja
Priority to US17/765,819 priority patent/US20220328232A1/en
Priority to CN202080076352.9A priority patent/CN114630762A/zh
Publication of KR20210050919A publication Critical patent/KR20210050919A/ko
Priority to KR1020210109769A priority patent/KR102442548B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102298109B1 publication Critical patent/KR102298109B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

일 구현예에 따른 무선충전 패드는 외부로부터 유입된 공기가 자성 소재의 표면과 직접 접촉하여 순환할 수 있는 공기 순환부를 포함함으로써, 자성 소재에서 발생하는 열을 순환시켜 외부로 방출시키며, 방열 특성 및 충전 효율을 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 공기 순환부로 유입되는 공기를 외부의 공조 시스템으로부터 공급 받음으로써, 습기로 인한 자성 소재 변성 문제까지 해결할 수 있다.
따라서 상기 무선충전 패드 및 이의 구조를 채용하는 무선충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차{WIRELESS CHARGING PAD, WIRELESS CHARGING DEVICE, AND ELECTRIC VEHICLE COMPRISING SAME}
구현예는 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구현예는 외부의 공조 시스템으로부터 공급된 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉하여 순환할 수 있는 공기 순환부를 포함하는, 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
오늘날 정보통신 분야는 매우 빠른 속도로 발전하고 있으며, 전기, 전자, 통신, 반도체 등이 종합적으로 조합된 다양한 기술들이 지속적으로 개발되고 있다. 또한, 전자기기의 모바일화 경향이 증대함에 따라 통신분야에서도 무선 통신 및 무선 전력 전송 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 전자기기 등에 무선으로 전력을 전송하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 무선 전력 전송은 전력을 공급하는 송신기와 전력을 공급받는 수신기 간에 물리적인 접촉 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 전자기장 공진 구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 무선으로 전송하는 것이다. 상기 무선 전력 전송은 대용량의 배터리가 요구되는 휴대용 통신기기, 전기 자동차 등에 적합하며 접점이 노출되지 않아 누전 등의 위험이 거의 없으며 유선 방식의 충전 불량 현상을 막을 수 있다.
한편, 최근 들어 전기 자동차에 대한 관심이 급증하면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있다. 이미 가정용 충전기를 이용한 전기 자동차 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전 장치, 무선충전 장치 등 다양한 충전 방식이 등장하였고, 새로운 충전 사업 비즈니스 모델도 나타나기 시작했다(대한민국 공개특허 제 2011-0042403 호 참조). 또한, 유럽에서는 시험 운행중인 전기차와 충전소가 눈에 띄기 시작했고, 일본에서는 자동차 제조 업체와 전력 회사들이 주도하여 전기 자동차 및 충전소를 시범적으로 운영하고 있다.
한국 공개특허공보 제2011-0042403호
전기 자동차 등에 사용되는 종래의 무선충전 패드(600)는, 도 6을 참조하여, 무선충전 효율 향상을 위해 코일(610)에 인접하여 자성 소재(620)가 배치되고, 차폐를 위한 쉴드부(630)가 자성 소재(620)와 일정 간격 이격하여 배치된다.
무선충전 패드는 무선충전 동작 중에 코일의 저항과 자성 소재의 자기 손실에 의해 열을 발생한다. 특히 무선충전 패드 내의 자성 소재는 전자기파 에너지 밀도가 높은 코일과 가까운 부분에서 열을 발생하고, 발생한 열은 자성 소재의 자기 특성을 변화시켜 송신 패드와 수신 패드 간의 임피던스 불일치를 유발하여, 충전 효율이 저하되고 이로 인해 다시 발열이 심화되는 문제가 있었다. 그러나 이러한 무선충전 패드는 전기 자동차의 하부 등에 설치되기 때문에, 방진 및 방수와 충격 흡수를 위해 밀폐 구조를 채용하므로 방열 구조를 구현하는데 어려움이 있었다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 무선충전 패드에 사용되는 자성 소재의 표면과 직접 공기가 접촉하는 공기 순환부를 포함함으로써, 방열 특성이 개선됨과 함께 충전 효율이 향상될 수 있음을 발견하였다. 또한, 상기 공기 순환부로 유입되는 공기를 외부의 공조 시스템으로부터 공급 받음으로써 습기로 인한 자성 소재 변성 문제까지 해결할 수 있었다.
따라서 구현예의 과제는, 무선충전 패드 내에, 외부로부터 유입된 공기를 자성 소재의 표면과 직접 접촉할 수 있는 공기 순환부를 포함함으로써 방열 효과를 증대시키고 충전 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가, 습기로 인한 자성 소재의 변성을 최소화할 수 있는, 무선충전 패드, 무선충전 장치 및 이를 포함하는 전기 자동차를 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 전도성 와이어를 포함하는 코일; 상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재; 상기 자성 소재와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부를 포함하며, 상기 공기 순환부로 유입된 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉하는, 무선충전 패드가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 하우징; 상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일; 상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재; 상기 자성 소재와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부를 포함하며, 상기 공기 순환부로 유입된 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉하는, 무선충전 장치가 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 무선충전 장치를 포함하는 전기 자동차로서, 상기 무선충전 장치가 상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일; 상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재; 상기 자성 소재와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부를 포함하며, 상기 공기 순환부로 유입된 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉하는, 전기 자동차가 제공된다.
상기 구현예에 따른 무선충전 패드는 외부로부터 유입된 공기가 자성 소재의 표면과 직접 접촉하여 순환할 수 있는 공기 순환부를 포함함으로써, 자성 소재에서 발생하는 열을 순환시켜 외부로 방출시키며, 방열 특성 및 충전 효율을 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 공기 순환부로 유입되는 공기를 외부의 공조 시스템으로부터 공급 받음으로써, 습기로 인한 자성 소재 변성 문제까지 해결할 수 있다.
따라서 상기 무선충전 패드 및 이의 구조를 채용하는 무선충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1a는 일 구현예에 따른 무선충전 패드의 구성도를 나타낸 것이다.
도 1b는 일 구현예에 따른 무선충전 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 또 다른 구현예에 따른 무선충전 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3a는 또 다른 구현예에 따른 무선충전 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3b는 일 구현예에 따른 공기 순환부의 상면도를 나타낸 것이다.
도 4a는 또 다른 구현예에 따른 무선충전 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4b는 일 구현예에 따른 자성 소재의 구성도를 나타낸 것이다.
도 4c는 또 다른 구현예에 따른 자성 소재의 내부를 설명하기 위한 상면도를 나타낸 것이다.
도 4d는 또 다른 구현예에 따른 자성 소재의 내부를 설명하기 위한 상면도를 나타낸 것이다.
도 4e는 또 다른 구현예에 따른 자성 소재의 내부를 설명하기 위한 상면도를 나타낸 것이다.
도 5는 일 다른 구현예에 따른 무선충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 종래의 무선충전 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 7은 일 구현예에 따른 무선충전 장치를 구비하는 전기 자동차를 도시한 것이다.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
본 명세서에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성요소의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
[무선충전 패드]
도 1a는 일 구현예에 따른 무선충전 패드의 구성도이고, 도 1b는 상기 무선충전 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1a 및 1b를 참조하여, 일 구현예에 따른 무선충전 패드(100, 100')는, 전도성 와이어를 포함하는 코일(110, 110'); 상기 코일(110, 110')의 일면 상에 배치된 자성 소재(120, 120'); 상기 자성 소재(120, 120')와 이격되어 형성된 쉴드부(130, 130'); 및 상기 자성 소재(120, 120') 및 상기 쉴드부(130, 130') 사이에 위치하는 공기 순환부(140, 140')를 포함하며, 상기 공기 순환부(140, 140')로 유입된 공기(145)가 상기 자성 소재(120, 120')의 표면과 직접 접촉한다. 상기 공기 순환부(140, 140')로 유입되는 공기는 외부의 공조 시스템으로부터 공급된 공기일 수 있다.
또한, 상기 무선충전 패드(100)는 상기 코일(110)을 지지하는 지지판(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 공조 시스템은 차량의 난방, 환기 및 냉방 시스템을 포함할 수 있으며, 구체적으로 자동차 에어컨을 포함할 수 있다.
이하 상기 무선충전 패드의 각 구성 요소별로 구체적으로 설명한다.
코일
상기 코일은 전도성 와이어를 포함한다.
상기 전도성 와이어는 전도성 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 전도성 와이어는 전도성 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 와이어는 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 와이어는 절연성 외피를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 외피는 절연성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 절연성 외피는 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 테프론 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 전도성 와이어의 직경은 예를 들어 1 mm 내지 10 mm 범위, 1 mm 내지 5 mm 범위, 또는 1 mm 내지 3 mm 범위일 수 있다.
상기 전도성 와이어는 평면 코일 형태로 감긴 것이다. 구체적으로 상기 평면 코일은 평면 나선 코일(planar spiral coil)을 포함할 수 있다. 이때 상기 평면 코일의 형태는 타원형, 다각형, 또는 모서리가 둥근 다각형의 형태일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
상기 평면 코일의 외경은 5 cm 내지 100 cm, 10 cm 내지 50 cm, 10 cm 내지 30 cm, 20 cm 내지 80 cm, 또는 50 cm 내지 100 cm일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 10 cm 내지 50 cm의 외경을 가질 수 있다.
또한, 상기 평면 코일의 내경은 0.5 cm 내지 30 cm, 1 cm 내지 20 cm, 또는, 2 cm 내지 15 cm일 수 있다.
상기 평면 코일의 감긴 횟수는 5회 내지 50회, 10회 내지 30회, 5회 내지 30회, 15회 내지 50회, 또는 20회 내지 50회일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 상기 전도성 와이어를 10회 내지 30회 감아 형성된 것일 수 있다.
또한 상기 평면 코일 형태 내에서 상기 전도성 와이어 간의 간격은 0.1 cm 내지 1 cm, 0.1 cm 내지 0.5 cm, 또는 0.5 cm 내지 1 cm일 수 있다.
상기와 같은 바람직한 평면 코일 치수 및 규격 범위 내일 때, 전기 자동차와 같은 대용량 전력 전송을 요구하는 분야에 적합할 수 있다.
쉴드부
상기 쉴드부는 상기 코일의 일면 상에 배치된다.
상기 쉴드부는 전자파 차폐를 통해 무선충전패드 밖으로 전자파가 누설되어 발생될 수 있는 전자파 간섭(EMI, Electro Magnetic Interference)을 억제한다.
상기 쉴드부는 전자파 차폐를 통해 무선충전 효율을 높이는 역할을 한다.
상기 쉴드부는 금속판을 포함하며, 이의 소재는 알루미늄일 수 있으며, 그 외 전자파 차폐능을 갖는 금속 또는 합금 소재가 사용될 수 있다.
상기 쉴드부의 두께는 0.2 mm 내지 10 mm, 또는 0.5 mm 내지 5 mm, 또는 1 mm 내지 3 mm일 수 있다.
또한 상기 쉴드부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다.
자성 소재
상기 자성 소재는 상기 코일과 상기 쉴드부 사이에 배치된다.
상기 자성 소재는 상기 쉴드부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 소재와 상기 쉴드부의 이격 거리는 3 mm 이상, 5 mm 이상, 3 mm 내지 10 mm, 또는 4 mm 내지 7 mm일 수 있다.
또한 상기 자성 소재는 상기 코일과 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 소재와 상기 코일의 이격 거리는 0.2 mm 이상, 0.5 mm 이상, 0.2 mm 내지 3 mm, 또는 0.5 mm 내지 1.5 mm일 수 있다.
상기 자성 소재는 바인더 수지 및 자성 분말을 포함하는 고분자형 자성 소재일 수 있다.
또는 상기 자성 소재는 금속계 자성 소재, 예를 들어 나노결정질(nanocrystalline) 자성 소재를 포함할 수 있다.
또는 상기 자성 소재는 상기 고분자형 자성 소재 및 상기 나노결정질 자성 소재의 복합 소재일 수 있다.
또한, 상기 자성 소재는 몰드에 의해 입체 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 성분, 및 이의 제조방법은 이하 구체적으로 설명한다.
자성 분말
상기 자성 소재는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 자성 소재는 바인더 수지에 의해 자성 분말들이 서로 결합됨으로써, 넓은 면적에서 전체적으로 결함이 적으면서 충격에 의해 손상이 적을 수 있다.
상기 자성 분말은 페라이트(Ni-Zn계, Mg-Zn계, Mn-Zn계 페라이트 등)와 같은 산화물 자성 분말; 퍼말로이(permalloy), 샌더스트(sendust), 나노결정질(nanocrystalline) 자성체와 같은 금속계 자성 분말; 또는 이들의 혼합 분말일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 분말은 Fe-Si-Al 합금 조성을 갖는 샌더스트 입자일 수 있다.
일례로서, 상기 자성 분말은 하기 화학식 1의 조성을 가질 수 있다.
[화학식 1]
Fe1-a-b-c Sia Xb Yc
상기 식에서, X는 Al, Cr, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이고; Y는 Mn, B, Co, Mo, 또는 이들의 조합이고; 0.01 ≤ a ≤ 0.2, 0.01 ≤ b ≤ 0.1, 및 0 ≤ c ≤ 0.05 이다.
상기 자성 분말의 평균 입경은 약 3 nm 내지 약 1 mm, 약 1 ㎛ 내지 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 또는 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 자성 소재는 상기 자성 분말을 50 중량% 이상, 70 중량% 이상, 또는 85 중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 자성 소재는 상기 자성 분말을 50 중량% 내지 99 중량%, 70 중량% 내지 95 중량%, 70 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 95 중량%, 80 중량% 내지 95 중량%, 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
바인더 수지
상기 바인더 수지는 경화성 또는 열가소성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지 및/또는 고내열 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상기 경화성 수지로는 글리시딜기, 이소시아네이트기, 히드록시기, 카복실기 또는 아미드기 등과 같은 열에 의한 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하거나; 또는 에폭시드(epoxide)기, 고리형 에테르(cyclic ether)기, 설파이드(sulfide)기, 아세탈(acetal)기 또는 락톤(lactone)기 등과 같은 활성 에너지에 의해 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하는 수지를 사용할 수 있다. 이와 같은 관능기 또는 부위는 예를 들어 이소시아네이트기(-NCO), 히드록시기(-OH), 또는 카복실기(-COOH)일 수 있다.
구체적으로, 상기 경화성 수지는, 상술한 바와 같은 관능기 또는 부위를 적어도 하나 이상 가지는 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지 또는 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일례로서, 상기 바인더 수지는 폴리우레탄계 수지, 이소시아네이트계 경화제 및 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자성 소재는 이의 중량을 기준으로, 상기 바인더 수지로서, 6 중량% 내지 12 중량%의 폴리우레탄계 수지, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 소시아네이트계 경화제, 및 0.3 중량% 내지 1.5 중량%의 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
또한 상기 바인더 수지는 열가소성 수지일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 예를 들면, 폴리 이미드, 폴리 아미드, 폴리 카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS, acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리 프로필렌, 폴리 에틸렌, 폴리 스타이렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐설파이드, 폴리에테르에테르케톤 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
상기 자성 소재는 상기 바인더 수지를 5 중량% 내지 40 중량%, 5 중량% 내지 20 중량%, 5 중량% 내지 15 중량%, 또는 7 중량% 내지 15 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
나노결정질 자성 소재
상기 자성 소재는 나노결정질(nanocrystalline) 자성 소재를 포함할 수 있다.
상기 나노결정질 자성 소재를 적용 시에, 코일과 거리가 멀어질수록 코일의 인덕턴스(Ls)가 낮아지더라도 저항(Rs)이 더욱 낮아짐으로써 코일의 품질계수(Q factor: Ls/Rs)가 높아져서 충전 효율이 향상되고 발열이 줄어들 수 있다.
예를 들어, 상기 나노결정질 자성 소재는 Fe계 나노결정질 자성 소재일 수 있고, 구체적으로 Fe-Si-Al계 나노결정질 자성 소재, Fe-Si-Cr계 나노결정질 자성 소재, 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정질 자성 소재일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 나노결정질 자성 소재는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정질 자성 소재일 수 있고, 이 경우, Fe가 70 원소% 내지 85 원소%, Si 및 B의 합이 10 원소% 내지 29 원소%, Cu와 Nb의 합이 1 원소% 내지 5 원소%인 것이 바람직하다(여기서 원소%란 자성 소재를 이루는 총 원소의 갯수에 대한 특정 원소의 갯수의 백분율을 의미한다). 상기 조성 범위에서 Fe-Si-B-Cu-Nb계 합금이 열처리에 의해 나노상의 결정질로 쉽게 형성될 수 있다.
상기 나노결정질 자성 소재는, 예를 들어 Fe계 합금을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 300 ℃ 내지 700 ℃의 온도 범위에서 30분 내지 2시간 동안 무자장 열처리를 행하여 제조될 수 있다.
만약 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우 나노 결정질이 충분히 생성되지 않아 원하는 투자율이 얻어지지 않으며 열처리 시간이 길게 소요될 수 있고, 700 ℃를 초과하는 경우는 과열처리에 의해 투자율이 현저하게 낮아질 수 있다. 또한, 열처리 온도가 낮으면 처리시간이 길게 소요되고, 반대로 열처리 온도가 높으면 처리시간은 단축되는 것이 바람직하다.
나노결정질 자성 소재는 제조 공정상 두꺼운 두께를 만들기 어려우며 예를 들어 15 ㎛ 내지 35 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
자성 소재의 제조방법
상기 자성 소재는 자성 분말과 고분자 수지 조성물, 예를 들어 열경화성 고분자 수지 조성물을 혼합하여 슬러리화 한 후 시트 형상으로 성형하고 경화(열 경화 등)하는 등의 시트화 과정으로 제조할 수 있다.
또한 열가소성 수지를 이용해 일정한 두께를 갖는 대면적의 자성 소재를 제조하기 위해 몰드에 의해 입체 구조로 형성할 수 있으며, 구체적으로는 자성 분말과 열 가소성 수지를 기계적 전단력과 열을 이용하여 혼련 후 기계 장치를 이용하여 펠렛화 하여 사출 성형의 방식으로 블록을 제조할 수 있다.
상기 제조의 방법에는 통상의 시트화 또는 블록화 방법이 적용될 수 있다.
상기 자성 소재는 일정 비율로 신장될 수 있다. 예를 들어 상기 자성 소재의 신장율은 0.5% 이상일 수 있다. 상기 신장 특성은 고분자를 적용하지 않는 세라믹계 자성 소재에서는 얻기 어려운 것으로, 대면적의 자성 소재가 충격에 의해 뒤틀림 등이 발생하더라도 손상을 줄여줄 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 소재의 신장율은 0.5% 이상, 1% 이상, 또는 2.5% 이상일 수 있다. 상기 신장율의 상한에는 특별한 제한이 없으나, 신장율 향상을 위해 고분자 수지의 함량이 많아지는 경우, 자성 소재의 인턱턴스 등의 물성이 떨어질 수 있으므로, 상기 신장율은 10% 이하로 하는 것이 좋다.
자성 소재의 면적 및 두께
상기 자성 소재는 자성 시트, 자성 시트 적층체, 또는 자성 블록일 수 있다.
상기 자성 소재는 대면적을 가질 수 있고, 구체적으로 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상의 면적을 가질 수 있다. 또한, 상기 자성 소재는 10,000 cm2 이하의 면적을 가질 수 있다.
상기 대면적의 자성 소재는 다수의 단위 자성 소재가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 단위 자성 소재의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.
상기 자성 시트의 두께는 80 ㎛ 이상, 또는 85 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 이러한 자성 시트는 통상의 필름 또는 시트를 제조하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 20장 이상, 또는 50장 이상 적층된 것일 수 있다. 또한 상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 150장 이하, 또는 100장 이하로 적층된 것일 수 있다.
상기 자성 블록의 두께는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 4 mm 이상일 수 있다. 또한, 상기 자성 블록의 두께는 6 mm 이하일 수 있다.
상기 자성 블록은 사출 성형 등의 방법으로 제조될 수 있다.
자성 소재의 자성 특성
상기 자성 소재는 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수 근방에서 일정 수준의 자성 특성을 가질 수 있다.
상기 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수는 100 kHz 미만일 수 있고, 구체적으로 79 kHz 내지 90 kHz, 구체적으로 81 kHz 내지 90 kHz, 보다 구체적으로 약 85 kHz일 수 있으며, 이는 휴대폰과 같은 모바일 전자기기에 적용하는 주파수와 구별되는 대역이다.
예를 들어, 상기 자성 소재의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 5 내지 150,000, 10 내지 150,000, 20 내지 150,000, 5 내지 300, 30 내지 300, 600 내지 3,500, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 소재의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 30 내지 300, 600 내지 3,500, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 소재의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 30 내지 250, 또는 30 내지 200일 수 있다.
또한, 상기 자성 소재의 투자손실은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 1 내지 150,000, 1 내지 50,000, 5 내지 30,000, 10 내지 3,000, 10 내지 1,000, 100 내지 1,000, 또는 5,000 내지 50,000일 수 있다.
구체적으로 상기 자성 소재는 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 30 내지 200의 투자율 및 10 내지 3,000의 투자손실을 가질 수 있다.
자성 소재의 내충격성
상기 자성 소재는 충격 전후의 물성 변화율이 적으며, 일반적인 페라이트 자성시트와 비교하여 월등하게 우수하다.
본 명세서에서 어떤 물성의 충격 전후의 물성 변화율(%)은 아래 식으로 계산될 수 있다.
특성 변화율(%) = | 충격 전 특성 값 - 충격 후 특성 값 | / 충격 전 특성 값 x 100
예를 들어, 상기 자성 소재는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 인덕턴스 변화율이 5% 미만, 또는 3% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 인덕턴스 변화율은 0% 내지 3%, 0.001% 내지 2%, 또는 0.01% 내지 1.5%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 충격 전후의 인덕턴스 변화율이 상대적으로 적어서 자성 소재의 안정성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 자성 소재는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 품질계수(Q factor) 변화율이 0% 내지 5%, 0.001% 내지 4%, 또는 0.01% 내지 2.5%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 충격 전후의 물성 변화가 적어서 자성 소재의 안정성과 내충격성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 자성 소재는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 저항 변화율이 0% 내지 2.8%, 0.001% 내지 1.8%, 또는 0.1% 내지 1.0%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 실재 충격과 진동이 가해지는 환경에서 반복하여 적용하더라도 저항값이 일정 수준 이하로 잘 유지될 수 있다.
또한, 상기 자성 소재는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 충전효율 변화율이 0% 내지 6.8%, 0.001% 내지 5.8%, 또는 0.01% 내지 3.4%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 대면적의 자성 소재가 충격이나 뒤틀림이 반복적으로 발생하더라도 물성을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
공기 순환부
일반적으로, 자성 소재 및 쉴드부 사이는 반자기장 발생으로 인해 충전 효율이 급격히 떨어지는 문제를 방지하기 위해, 약 3 mm 내지 10 mm 정도로 빈 공간 또는 스페이서부로 마련된다. 따라서, 상기 자성 소재 및 쉴드부는 이격되어 배치되는 것이 일반적이다.
본 발명의 일 구현예에 다른 무선충전 패드는 상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이의 빈 공간 또는 스페이서부 대신 공기 순환부를 마련하여, 상기 공기 순환부에서 외부로부터 유입된 공기가 자성 소재의 표면과 직접 접촉하여 순환할 수 있는 공기 순환부를 포함함으로써, 자성 소재에서 발생하는 열을 순환시켜 외부로 방출시키며, 방열 특성 및 충전 효율을 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 공기 순환부로 유입되는 공기를 외부의 공조 시스템으로부터 공급 받음으로써, 습기로 인한 자성 소재 변성 문제까지 해결할 수 있다.
상기 공기 순환부는 상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하고, 상기 자성 소재의 표면과 직접 공기가 접촉하도록 위치한다. 또한, 상기 공기 순환부로 유입된 공기는 상기 쉴드부의 표면과 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 공기는 상기 자성 소재의 표면과 상기 쉴드부의 표면 모두와 직접 접촉할 수 있다.
상기 공기 순환부 내부의 온도는 5 ℃ 내지 50 ℃이고, 10 ℃ 내지 40 ℃, 10 ℃ 내지 30 ℃, 20 ℃ 내지 40 ℃, 10 ℃ 내지 25 ℃, 또는 15 ℃ 내지 30 ℃일 수 있다.
또한, 상기 공기 순환부 내부의 습도는 30 % 내지 80 %, 40 % 내지 70 %, 50 % 내지 60 %, 30 % 내지 60 %, 또는 40 % 내지 65 %일 수 있다. 상기 공기 순환부 내부의 습도가 상기 범위를 만족하는 경우, 방열 특성 향상 효과뿐만 아니라, 높은 습도로 인해 발생할 수 있는 자성 소재의 변성 문제를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 무선충전 패드는 외부의 공조 시스템으로부터 공급되는 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉하여 순환할 수 있는 공기 순환부를 포함함으로써, 상기 공기 순환부를 포함하지 않은 무선충전 패드(도 6)에 비해 충전 효율을 0.1 % 이상, 구체적으로 0.2 % 내지 10 %, 더욱 구체적으로 0.5 % 내지 5 %까지 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 소재 및 코일에서 발생하는 열로 인하여 인접하는 회로에 발생 할 수 있는 기기적인 손상을 방지 할 수 있다.
이하, 상기 공기 순환부를 포함하는 무선충전 패드의 다양한 구조를 설명한다.
무선충전 패드의 다양한 구조
도 2, 도 3a 및 도 4a는 상기 공기 순환부를 포함하는 무선충전 패드의 다양한 예를 나타내는 무선충전 패드(200, 300, 400)의 단면도이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 도 2와 같이, 상기 공기 순환부(240)의 일측 또는 양측에 배치되고, 공기가 상기 공기 순환부(240)로 유입되도록 연결된 유입배관(270), 및 상기 공기 순환부로부터 공기를 배출하도록 연결된 배출배관(280)을 더 포함 할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 상기 무선충전 패드(200)는 전도성 와이어를 포함하는 코일(210); 상기 코일(210)의 일면 상에 배치된 자성 소재(220); 상기 자성 소재(220)와 이격되어 형성된 쉴드부(230); 및 상기 자성 소재(220) 및 상기 쉴드부(230) 사이에 위치하고, 상기 자성 소재(220)의 표면과 직접 공기가 접촉하는 공기 순환부(240)를 포함하며, 상기 공기 순환부(240)의 일측 또는 양측에 배치되고, 공기(245)가 상기 공기 순환부(240)로 유입되도록 연결된 유입배관(270), 및 상기 공기 순환부로부터 공기(245)를 배출하도록 연결된 배출배관(280)을 포함 할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 공기 순환부(240)는 상기 자성 소재(220)의 일면에 접촉되어, 외부의 공조 시스템으로부터 공급되는 공기(245)가 상기 유입배관(270)을 통해 주입되고, 상기 주입된 공기가 상기 공기 순환부(240) 내에서 순환하면서, 상기 자성 소재(220)에서 발생하는 열을 상기 배출배관(280)을 통해 외부로 방출 시킬 수 있다. 이때, 상기 유입배관(270)을 통해 주입된 공기는 상기 쉴드부(230)의 표면과 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 유입배관(270)을 통해 주입된 공기가 상기 쉴드부(230) 및 상기 자성 소재(220)의 표면 모두에 직접 접촉하는 경우, 방열 효과를 극대화할 수 있다. 상기 유입배관(270) 및 배출배관(280)의 크기, 형태 및 재질은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 특별히 한정하지 않는다.
일반적으로, 무선충전 패드 내에 습한 공기 또는 먼지 등의 유입을 막기 위해 무선충전 패드는 밀폐된 구조이고, 무선충전시 발생되는 열을 방출하는데 불리한 구조이며, 특히 습한 공기 또는 먼지 등이 주입될 경우 자성 소재의 변성문제를 야기할 수 있다.
하지만, 본 발명의 구현예에 따라, 상기 유입배관(270)이 외부의 공조 시스템과 연결되어, 상기 공조 시스템으로부터 공급된 공기를 상기 유입배관(270)으로 주입하여 공기가 순환함으로써 상기 자성 소재에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있으므로, 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 공조 시스템으로부터의 습도가 낮은 건조한 공기를 상기 자성 소재 표면에 골고루 순환시킬 수 있으므로 종래의 습기로 인한 자성 소재의 변성 문제를 해결할 수 있다.
한편, 도 3a 및 3b는 각각 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 무선충전 패드의 단면도, 및 상기 무선충전 패드에 포함된 공기 순환부의 상면도를 나타낸 것이다.
도 3a 및 3b를 참조하여, 상기 무선충전 패드(300)는 상기 자성 소재(320) 및 상기 쉴드부(330) 사이에 위치하고, 상기 자성 소재(320)의 표면과 직접 공기(345)가 접촉하는 공기 순환부(340)를 포함하며, 상기 공기 순환부(340)는 상기 공기가 유동하도록 형성된 가이드 벽(guide wall)(390)을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 벽(390)이 상기 자성 소재(320)의 표면과 접촉되어 위치할 경우, 공기가 상기 자성 소재(320)의 표면을 고루 접촉하도록 유도할 수 있다.
또한, 상기 가이드 벽(390)은 상기 코일(310)이 존재하는 영역에 대응하여 배치될 수 있다. 일반적으로 코일은 전자기파 에너지 밀도가 높아 열이 가장 많이 축적되어 온도가 가장 높을 수 있기 때문에, 상기 코일이 존재하는 영역에 대응하여 가이드 벽이 배치됨으로써, 가이드 벽에 의해 공기가 순환하여 열을 방출시킬 수 있다. 또한, 상기 가이드 벽(390)은 상기 코일(310)이 존재하는 영역, 및 그 외 영역에 배치될 수 있다.
또한, 상기 가이드 벽(390)은 가이드 벽 고정부(미도시)에 의해 고정될 수 있으며, 상기 자성 소재는 그 일부분에 가이드 벽 고정부를 포함할 수 있다. 상기 가이드 벽 고정부는 가이드 벽(390)을 고정할 수 있는 한, 그 위치, 형태, 크기는 특별히 제한하지 않는다.
상기 자성 소재는 몰드에 의해 원하는 입체구조로 성형이 가능하므로, 상기 가이드 벽 고정부는 상기 자성 소재의 성형시, 측면, 또는 그 상부 표면에 제한 없이 원하는 위치에 마련될 수 있다. 상기 가이드 벽은 상기 가이드 벽 고정부에 의해 고정됨으로써 무선충전 패드 내, 구체적으로 상기 자성 소재로부터 탈락되지 않고 고정될 수 있다. 또는 상기 가이드 벽은 접착제를 이용하여 자성 소재에 고정할 수 있다.
또한, 상기 가이드 벽은 내열 플라스틱 소재일 수 있으며, 구체적으로 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS, acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리카보네이트, 폴리 아마이드, 폴리이미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐설파이드 및 폴리에테르에테르케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 가이드 벽의 두께 및 폭은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 두께가 1 내지 3 mm, 1 내지 2.5 mm, 1.5 내지 3 mm, 1.5 내지 2.5 mm, 또는 2 내지 3 mm이고, 폭이 0.1 내지 6 mm, 0.1 내지 5 mm, 0.1 내지 3 mm, 0.5 내지 4 mm, 또는 0.3 내지 4 mm일 수 있다.
상기 가이드 벽에 의한 공기의 이동 경로의 총 길이는 상기 자성 소재의 둘레를 기준으로 25 % 내지 500 %, 구체적으로 50 % 내지 400 %, 더욱 구체적으로 75 % 내지 300 %일 수 있다. 상기 공기의 이동 경로의 총 길이가 상기 범위를 만족하는 경우, 공기가 상기 자성 소재의 표면에 골고루 순환할 수 있으므로, 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4a는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 무선충전 패드의 단면도를 나타낸 것이고, 도 4b는 상기 무선충전 패드에 포함된 다양한 형태의 자성 소재의 사시도를 나타낸 것이며, 상기 도 4c 내지 4e는 상기 무선충전 패드에 포함된 다양한 형태의 자성 소재의 내부를 설명하기 위한 상면도를 나타낸 것이다
도 4a 내지 도 4e를 참조하여, 상기 무선충전 패드(400)는 상기 자성 소재(420, 420a, 420b, 420c)가 상기 공기 순환부(440)로부터의 공기가 유입되는 적어도 하나의 홀(hole)(490), 및 상기 자성 소재(420, 420a, 420b, 420c) 내부에 상기 홀(490)과 연결되어 상기 공기(445)가 순환되도록 형성된 냉각 유로(cooling channel)(495a, 495b, 495c)를 더 포함할 수 있다.
상기 자성 소재(420, 420a, 420b, 420c)는 몰드에 의해 입체구조로 형성 될 수 있으므로, 상기 자성 소재 성형시, 상기 홀(490) 및 상기 냉각 유로(495a, 495b, 495c)를 상기 자성 소재 내부에 마련할 수 있다. 또한, 상기 무선충전 패드(400)는 상기 공기 순환부(440)의 일측에 배치되고, 공기가 상기 공기 순환부(440)로 유입되도록 연결된 유입배관(470), 및 상기 자성 소재(420)의 일측에 배치되고, 상기 냉각 유로(495a, 495b, 495c)로부터 공기를 배출하도록 연결된 배출배관(480)을 더 포함할 수 있다.
도 4b는 상기 자성 소재(420) 내부에 존재하는 홀(490), 및 상기 자성 소재(420)의 일측에 배치되고, 공기를 배출하도록 연결된 배출배관(480)을 포함하는 자성 소재(420)를 나타낸 도이다. 상기 유입배관(470)으로부터 유입된 공기(445)가 상기 홀(490)에 의해 상기 자성 소재(420) 내부를 통과함으로써 방열 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 도 4c 내지 4e는 상기 자성 소재(420a, 420b, 420c) 내부에 상기 홀(490)과 연결되어 상기 공기가 순환되도록 형성된 냉각 유로(495a, 495b, 495c)의 다양한 형태를 나타낸 것이다. 또한, 상기 배출배관(480)은 상기 자성 소재 내부에 위치한 냉각 유로(495a, 495b, 495c)와 연결될 수 있다.
상기 냉각 유로의 형태는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 제한하지 않으나, 예를 들면 곡선형 유로, 직선형 유로 또는 사행(蛇行) 형상 유로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 유로(495a)는 곡선형 유로일 수 있다. 또한, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 유로(495b)는 직선형 유로일 수 있다. 또한, 도 4e에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각 유로(495c)는 사행(蛇行) 형상 유로일 수 있다.
상기 홀(490)은 직경이 0.5 내지 4.5 mm, 구체적으로 1 내지 3 mm, 더욱 구체적으로 1.5 내지 2.5 mm 일 수 있다.
또한, 상기 냉각 유로(495a, 495b, 495c)는 직경이 0.5 내지 4.5 mm, 구체적으로 1 내지 3 mm, 더욱 구체적으로 1.5 내지 2.5 mm 일 수 있다. 또한, 상기 냉각 유로 및 홀의 직경은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 상기 냉각 유로의 직경이 상기 범위를 초과하는 경우 충전 효율이 감소될 수 있으며, 상기 냉각 유로의 직경이 상기 범위 미만인 경우, 외부로부터 유입된 공기가 상기 냉각 유로를 통해 순환하는 영역이 좁아질 수 있기 때문에 방열 특성이 감소될 수 있다.
상기 냉각 유로(495a, 495b, 495c)는 상기 자성 소재(420a, 420b, 420c)의 총 부피를 기준으로 1 % 내지 40 %, 구체적으로 3 % 내지 30 %, 더욱 구체적으로 5 % 내지 20 %의 총 내부 부피를 가질 수 있다.
상기 냉각 유로는 상기 코일이 존재하는 영역에 대응하여 배치되어 상기 냉각 유로에 의해 전자기파 에너지 밀도가 높아 열이 많이 축적되는 코일의 열을 외부로 방출시킴으로써 방열 효과를 극대화 할 수 있다. 또한, 상기 냉각 유로는 상기 코일이 존재하는 영역, 및 그 외 영역에 배치될 수 있다.
[무선충전 장치]
도 5는 일 구현예에 따른 무선충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하여, 일 구현예에 따른 무선충전 장치(500)는, 하우징(501); 상기 하우징(501) 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일(510); 상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재(520); 상기 자성 소재(520)와 이격되어 형성된 쉴드부(530); 및 상기 자성 소재(520) 및 상기 쉴드부(530) 사이에 위치하는 공기 순환부(540)를 포함하여, 상기 공기 순환부(540)로 유입된 공기(555)가 상기 자성 소재(520)의 표면과 직접 접촉한다. 또한, 상기 공기 순환부로 유입되는 공기는 외부의 공조 시스템으로부터 공급된 공기일 수 있다. 또한, 상기 무선충전 장치(500)는 상기 코일(510)을 지지하는 지지판(560)을 더 포함할 수 있다.
상기 무선충전 장치의 구성요소 중에서 코일, 쉴드부, 자성 소재 및 공기 순환부의 구성 및 특징은 앞서 설명한 바와 같다.
상기 하우징은 상기 코일, 쉴드부, 자성 소재 및 공기 순환부가 적절하게 배치되어 조립될 수 있게 한다. 상기 하우징의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 하우징의 재질 및 구조를 채용할 수 있다.
상기 무선충전 장치는, 외부의 공조 시스템으로부터 공급된 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉하여 순환할 수 있는 공기 순환부를 포함하는 무선충전 패드를 채용함으로써 충전 효율이 향상됨과 함께 방열 특성이 개선될 수 있다. 또한 습기로 인한 자성 소재의 변성을 최소화할 수 있다.
따라서 상기 무선충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차 등에 유용하게 사용될 수 있다.
[전기 자동차]
도 7은 무선충전 장치가 적용된 전기 자동차를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하여, 일 구현예에 따른 전기 자동차(700)는, 상기 구현예에 따른 무선충전 장치를 수신기(720)로 포함한다. 상기 무선충전 장치는 전기 자동차(700)의 무선충전의 수신기로 역할하고 무선충전의 송신기(730)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
구체적으로, 상기 전기 자동차는 무선충전 장치를 포함하고, 상기 무선충전 장치가 상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일; 상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재; 상기 자성 소재와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부를 포함하며, 상기 공기 순환부로 유입된 공기가 상기 자성 소재의 표면과 직접 접촉한다. 이때, 상기 공기 순환부로 유입되는 공기는 외부의 공조 시스템으로부터 공급되는 공기일 수 있다.
상기 전기 자동차에 포함되는 무선충전 장치의 각 구성요소들의 구성 및 특징은 앞서 설명한 바와 같다.
100, 100', 200, 300, 400, 500, 600 : 무선충전 패드
110, 110', 210, 310, 410, 510, 610 : 코일
120, 120', 220, 320, 420, 420a, 420b, 420c, 520, 620 : 자성 소재
130, 130', 230, 330, 430, 530, 630 : 쉴드부
140, 140', 240, 340, 440, 540 : 공기 순환부
145, 245, 345, 445, 555 : 공기(유체)
160, 560 : 지지판
270, 370, 470 : 유입배관 280, 380, 480 : 배출배관
390 : 가이드 벽(guide wall)
490 : 홀 495a, 495b, 495c : 냉각 유로
501 : 하우징
700 : 전기 자동차 720 : 수신기 730 : 송신기

Claims (26)

  1. 전도성 와이어를 포함하는 코일;
    상기 코일과 이격 배치된 자성 소재로서, 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함하는 자성 소재;
    상기 자성 소재와 이격 배치된 쉴드부; 및
    상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부;를 포함하며,
    상기 공기 순환부로 유입된 공기가 상기 자성 소재의 표면 및 상기 쉴드부의 표면과 직접 접촉하는, 무선충전 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 순환부로 유입되는 공기가 외부의 공조 시스템으로부터 공급되는, 무선충전 패드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 순환부의 일측 또는 양측에 배치되고,
    공기가 상기 공기 순환부로 유입되도록 연결된 유입배관, 및
    상기 공기 순환부로부터 공기를 배출하도록 연결된 배출배관을 더 포함하는, 무선충전 패드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 순환부 내부의 온도가 5 ℃ 내지 50 ℃이고, 내부의 습도가 30 % 내지 80 %인, 무선충전 패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 순환부는 상기 공기가 유동하도록 형성된 가이드 벽(guide wall)을 더 포함하는, 무선충전 패드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가이드 벽이 내열 플라스틱 소재이고, 1 내지 3 mm의 두께 및 0.1 내지 6 mm의 폭을 갖는, 무선충전 패드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내열 플라스틱 소재가 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS, acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리카보네이트, 폴리 아마이드, 폴리이미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐설파이드 및 폴리에테르에테르케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 무선충전 패드.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 가이드 벽에 의한 공기의 이동 경로의 총 길이가 상기 자성 소재의 둘레를 기준으로 25 % 내지 500 %인, 무선충전 패드.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 가이드 벽이 상기 코일이 존재하는 영역에 대응하여 배치되는, 무선충전 패드.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 자성 소재가 몰드에 의해 입체 구조로 형성되고, 그 일부분에 상기 가이드 벽을 고정하는 가이드 벽 고정부를 포함하는, 무선충전 패드.
  11. 전도성 와이어를 포함하는 코일;
    상기 코일 상에 배치된 자성 소재;
    상기 자성 소재와 이격 배치된 쉴드부; 및
    상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부;를 포함하며,
    상기 자성 소재는,
    상기 공기 순환부로부터의 공기가 유입되는 적어도 하나의 홀(hole), 및
    상기 자성 소재 내부에 상기 홀과 연결되어 공기가 순환되도록 형성된 냉각유로(cooling channel)를 포함하는, 무선충전 패드.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공기 순환부의 일측에 배치되고, 공기가 상기 공기 순환부로 유입되도록 연결된 유입배관, 및
    상기 자성 소재의 일측에 배치되고, 상기 냉각 유로로부터 공기를 배출하도록 연결된 배출배관을 더 포함하는, 무선충전 패드.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 유로가 직선형 유로, 곡선형 유로 또는 사행(蛇行) 형상 유로를 포함하는, 무선충전 패드.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 홀 및 상기 냉각 유로가 각각 0.5 내지 4.5 mm의 직경을 갖는, 무선충전 패드.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 유로가 상기 자성 소재의 총 부피를 기준으로 1 % 내지 40 %의 총 내부 부피를 갖는, 무선충전 패드.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 유로가 상기 코일이 존재하는 영역에 대응하여 배치되는, 무선충전 패드.
  18. 삭제
  19. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일;
    상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재;
    상기 자성 소재와 이격되어 형성된 쉴드부; 및
    상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부;를 포함하며,
    상기 자성 소재는,
    상기 공기 순환부로부터의 공기가 유입되는 적어도 하나의 홀(hole), 및
    상기 자성 소재 내부에 상기 홀과 연결되어 공기가 순환되도록 형성된 냉각
    유로(cooling channel)를 포함하는, 무선충전 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 공기 순환부로 유입되는 공기가 외부의 공조 시스템으로부터 공급되는, 무선충전 장치.
  21. 삭제
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 공조 시스템이 자동차 에어컨을 포함하는, 무선충전 장치.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 공기 순환부의 일측에 배치되고, 공기가 상기 공기 순환부로 유입되도록 연결된 유입배관, 및
    상기 자성 소재의 일측에 배치되고, 상기 냉각 유로로부터 공기를 배출하도록 연결된 배출배관을 더 포함하는, 무선충전 장치.
  26. 무선충전 장치를 포함하는 전기 자동차로서,
    상기 무선충전 장치가,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일;
    상기 코일의 일면 상에 배치된 자성 소재;
    상기 자성 소재와 이격되어 형성된 쉴드부; 및
    상기 자성 소재 및 상기 쉴드부 사이에 위치하는 공기 순환부;를 포함하며,
    상기 자성 소재는,
    상기 공기 순환부로부터의 공기가 유입되는 적어도 하나의 홀(hole), 및
    상기 자성 소재 내부에 상기 홀과 연결되어 공기가 순환되도록 형성된 냉각
    유로(cooling channel)를 포함하는, 전기 자동차.
KR1020190135513A 2019-10-29 2019-10-29 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차 KR102298109B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190135513A KR102298109B1 (ko) 2019-10-29 2019-10-29 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
PCT/KR2020/014939 WO2021086071A1 (ko) 2019-10-29 2020-10-29 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
EP20881414.5A EP4053863A4 (en) 2019-10-29 2020-10-29 WIRELESS CHARGING DEVICE AND MEANS OF TRAVEL COMPRISING SAME
JP2022520631A JP7329139B2 (ja) 2019-10-29 2020-10-29 無線充電装置およびそれを含む移動手段
US17/765,819 US20220328232A1 (en) 2019-10-29 2020-10-29 Wireless charging device and moving means including same
CN202080076352.9A CN114630762A (zh) 2019-10-29 2020-10-29 无线充电装置及包括其的移动工具
KR1020210109769A KR102442548B1 (ko) 2019-10-29 2021-08-19 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190135513A KR102298109B1 (ko) 2019-10-29 2019-10-29 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210109769A Division KR102442548B1 (ko) 2019-10-29 2021-08-19 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210050919A KR20210050919A (ko) 2021-05-10
KR102298109B1 true KR102298109B1 (ko) 2021-09-03

Family

ID=75917280

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190135513A KR102298109B1 (ko) 2019-10-29 2019-10-29 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR1020210109769A KR102442548B1 (ko) 2019-10-29 2021-08-19 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210109769A KR102442548B1 (ko) 2019-10-29 2021-08-19 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR102298109B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210104635A (ko) * 2019-10-29 2021-08-25 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170338023A1 (en) * 2016-05-20 2017-11-23 Lear Corporation Wireless Charging Pad Having Coolant Assembly
KR101971884B1 (ko) * 2018-11-14 2019-04-25 (주)그린파워 냉각패드 및 이를 이용한 전기자동차

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110042403A (ko) 2009-10-19 2011-04-27 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
GB2529630A (en) * 2014-08-26 2016-03-02 Bombardier Transp Gmbh A receiving device for receiving a magnetic field and for producing electric energy by magnetic induction, in particular for use by a vehicle
KR102672564B1 (ko) * 2016-12-16 2024-06-07 현대자동차주식회사 무선 충전용 복합시트 및 이의 제조방법과 무선 충전 장치
KR102298109B1 (ko) * 2019-10-29 2021-09-03 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170338023A1 (en) * 2016-05-20 2017-11-23 Lear Corporation Wireless Charging Pad Having Coolant Assembly
KR101971884B1 (ko) * 2018-11-14 2019-04-25 (주)그린파워 냉각패드 및 이를 이용한 전기자동차

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210104635A (ko) * 2019-10-29 2021-08-25 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102442548B1 (ko) * 2019-10-29 2022-09-13 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210104635A (ko) 2021-08-25
KR20210050919A (ko) 2021-05-10
KR102442548B1 (ko) 2022-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4024660A1 (en) Wireless charging device and mobile means including same
JP2024041914A (ja) 無線充電装置およびそれを含む移動手段
KR102442548B1 (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
EP4053863A1 (en) Wireless charging device and moving means including same
KR102214293B1 (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102280259B1 (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
EP4287224A1 (en) Wireless charging apparatus and transportation means comprising same
EP4266334A1 (en) Wireless charging device and transportation means comprising same
KR102280255B1 (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR20210061720A (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102280257B1 (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102293776B1 (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102568396B1 (ko) 이동 수단용 무선 충전 장치 및 이에 사용되는 자성 복합체
KR102499892B1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
EP4064304A1 (en) Wireless charging device, and transportation means comprising same
KR102442546B1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
KR102386685B1 (ko) 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
KR102427170B1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
KR102341787B1 (ko) 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
US20230344274A1 (en) Wireless charging device and transportation means including same
KR20210061718A (ko) 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR20220062870A (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent
GRNT Written decision to grant