KR102441822B1 - 차량용 무선충전 송신모듈 - Google Patents

차량용 무선충전 송신모듈 Download PDF

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KR102441822B1 KR1020150112611A KR20150112611A KR102441822B1 KR 102441822 B1 KR102441822 B1 KR 102441822B1 KR 1020150112611 A KR1020150112611 A KR 1020150112611A KR 20150112611 A KR20150112611 A KR 20150112611A KR 102441822 B1 KR102441822 B1 KR 102441822B1
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Abstract

차량용 무선충전 송신모듈이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈은 서로 간격을 두고 이격배치되는 제1코일 및 제2코일과, 상기 제1코일 및 제2코일의 일부와 각각 중첩되도록 상기 제1코일 및 제2코일의 상부에 적층되는 제3코일을 포함하는 안테나유닛; 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키도록 상기 안테나유닛의 일면에 배치되고, 자성분말 및 내열성수지를 혼합하여 사출성형되는 자성체 플레이트; 및 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일의 진동 및 흔들림을 방지할 수 있도록 상기 자성체 플레이트의 일면을 덮는 커버부재;를 포함하고, 상기 커버부재는 상기 안테나유닛과 대면하는 일면이 상기 제1코일의 일면 및 제2코일의 일면과 면접될 수 있도록 상기 안테나유닛과 대면하는 일면으로부터 일정높이 돌출형성되는 돌출부를 포함하되, 상기 커버부재는 상기 돌출부의 일면이 상기 제1코일의 일면 및 제2코일의 일면과 면접되면서 상기 제3코일의 일면 및 상기 자성체 플레이트의 일면이 상기 커버부재의 내면과 직접 면접되도록 상기 자성체 플레이트의 일면을 덮을 수 있다.

Description

차량용 무선충전 송신모듈{wireless charging transmission module for car}
본 발명은 차량용 무선충전 송신모듈에 관한 것이다.
최근 들어 외부의 전력으로 배터리를 충전하여 사용하는 전기기기, 예컨대 휴대폰이나 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assis, PMP(Portable Multimedia Player) 및 내비게이션 등과 같은 이동단말기의 사용이 증가하고 있다.
이에 따라, 이동단말기의 사용과 관련된 주변 환경이 차량과 같은 동적인 공간까지 확산되고 있는 추세이다.
그 일환으로, 차량 내에서도 간편히 단말기의 배터리를 충전할 수 있는 충전기의 사용이 증가하고 있다.
차량 내에서 단말기의 배터리 충전시 충전기와 단말기(또는 배터리)의 전기적 연결방식으로는 차량 전원에 연결된 충전기를 접촉단자 또는 케이블을 통해 단말기에 연결하여 전기에너지를 공급하는 방식이 있다.
이 중에서 충전기와 단말기에 접촉단자를 구비하는 단자공급방식에서는 습기에 노출될 경우 충전에너지가 소실되거나, 접촉/분리시 순간방전현상으로 인해 화재 발생의 우려가 있고, 접촉불량에 의해 충전동작이 원활하게 이루어지지 않는 경우도 발생한다.
따라서, 접촉단자를 구성하지 않고 무선 전력 전송방식을 이용하는 무접점 방식의 충전시스템이 제시되고 있다.
상기 무접점 방식의 충전시스템은 차량 전원에서 공급되는 전기에너지를 무선 전송방식으로 공급하는 것으로, 차량 내에 매립되는 무선충전 송신모듈과, 무선충전 송신모듈에서 전기에너지를 전송받는 단말기 측의 무선충전 수신모듈을 포함한다.
이러한 무접점 방식의 일례로서 자기유도방식에 의한 충전방식이 많이 사용되고 있다. 이는 무선충전 송신모듈에 1차 코일(전력전송코일이 됨)을 구비하고 단말기의 무선충전 수신모듈에 2차 코일(유도코일, 전력수신코일이 됨)을 구비하여, 단말기가 충전기에 접근할 경우 1차 코일과 2차 코일 간 유도결합에 의해 단말기가 충전되도록 하는 방식이다.
이때, 상기 무선충전 송신모듈 및 무선충전 수신모듈 측에는 코일에서 발생되는 자기장을 유도하여 집속도를 높여줌으로써 충전효율을 높이기 위한 차폐시트가 구비되며, 이러한 차폐시트로는 폴리머 시트, 페라이트 시트 또는 퍼멀로이 등이 사용된다.
이중 페라이트 시트는 포화자속밀도가 퍼멀로이에 비하여 떨어지지만, 재료 자체의 특성상 고저항이므로 고주파영역에서도 와전류에 의한 손실이 작기 때문에 차폐유닛으로 많이 사용되고 있다.
특히, 상기 페라이트 중 Mn-Zn 페라이트는 자기유도방식에 의한 무선충전시 사용되는 100~350kHz의 동작주파수 대역을 포함하는 10kHz ~ 수백 kHz의 주파수 대역에서 우수한 특성을 발휘하므로 자기유도방식에 의한 무선충전의 차폐시트로 많이 사용되고 있다.
그러나, 상기 차폐시트(도 1의 20)가 Mn-Zn 페라이트만으로 구성될 경우 재료 자체의 특성상 취성이 강하여 외부로부터 가해지는 반복적인 진동 및 충격에 의해 쉽게 깨지게 되고, 이에 의해 설정된 특성값(일례로, 투자율 등)이 변경됨에 따라 충전효율이 떨어지는 문제가 있다.
이에 따라, 전자기 유도 방식을 이용한 무접점 충전 시스템을 차량에 그대로 적용할 경우, 차량의 운행 중 반복적으로 발생되는 진동 및 충격에 의해 차폐시트가 깨지거나 크랙이 발생하게 된다. 이와 같은 경우 차폐시트는 최초 설정된 특성값이 변화되어 충전효율이 떨어지는 문제가 있다. 더불어, 차량 내에 장착된 상기 무선충전 송신모듈을 교체하기 위해서는 교체작업이 번거롭고 많은 교체비용이 소요된다.
한편, 자기유도 방식에 의한 무선충전의 경우 충전시에는 무선충전 수신모듈이 내장된 단말기가 무선충전 송신모듈과의 근접시 무선충전 송신모듈의 1차 코일과 단말기의 2차 코일 간 위치를 정확히 맞춰주어야만 제대로 충전이 이루어진다.
이로 인해, 차량의 주행 중 진동 및 흔들림에 의하여 무선충전 송신모듈을 구성하는 1차코일이 흔들려 최초의 위치를 벗어나는 경우 단말기 측의 2차 코일간의 정렬이 벗어나게 되어 충전효율이 급격하게 떨어지는 문제점이 있다.
KR 10-2015-0159465 A
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 안테나유닛에서 발생하는 자기장을 차폐하기 위한 자성체 플레이트를 내열성수지가 포함된 사출물로 구성함으로써 차량의 주행 중 진동 및 흔들림이 발생하더라도 진동 및 충격에 대한 내성을 높여 자성체 플레이트가 파손되는 것을 방지할 수 있는 차량용 무선충전 송신모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안테나유닛의 흔들림을 방지하여 안테나유닛의 위치가 고정되도록 함으로써 무선충전효율을 높일 수 있는 차량용 무선충전 송신모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
더욱이, 본 발명은 안테나유닛의 측부가 자성체 플레이트를 통해 감싸지도록 함으로써 자기장의 집속도를 높여 낮은 투자율의 재료를 사용하더라도 높은 투자율의 재료와 동등한 충전효율을 얻을 수 있는 차량용 무선충전 송신모듈을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 간격을 두고 이격배치되는 제1코일 및 제2코일과, 상기 제1코일 및 제2코일의 일부와 각각 중첩되도록 상기 제1코일 및 제2코일의 상부에 적층되는 제3코일을 포함하는 안테나유닛; 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키도록 상기 안테나유닛의 일면에 배치되고, 자성분말 및 내열성수지를 혼합하여 사출성형되는 자성체 플레이트; 및 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일의 진동 및 흔들림을 방지할 수 있도록 상기 자성체 플레이트의 일면을 덮는 커버부재;를 포함하고, 상기 커버부재는 상기 안테나유닛과 대면하는 일면이 상기 제1코일의 일면 및 제2코일의 일면과 면접될 수 있도록 상기 안테나유닛과 대면하는 일면으로부터 일정높이 돌출형성되는 돌출부를 포함하되, 상기 커버부재는 상기 돌출부의 일면이 상기 제1코일의 일면 및 제2코일의 일면과 면접되면서 상기 제3코일의 일면 및 상기 자성체 플레이트의 일면이 상기 커버부재의 내면과 직접 면접되도록 상기 자성체 플레이트의 일면을 덮는 차량용 무선충전 송신모듈을 제공한다.
또한, 상기 자성체 플레이트는, 상기 안테나유닛이 작동하는 100~350kHz 범위의 동작주파수 대역에서 투자율이 20~110이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05이하이며, 포화자속밀도가 0.5T이상일 수 있다.(여기서, μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임.)
또한, 상기 자성체 플레이트의 일면에는 상기 평판형 코일의 유동을 방지하고 상기 자기장의 집속도를 높일 수 있도록 상기 자성체 플레이트와 동일한 재질로 이루어진 가이드부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가이드부는 상기 평판형 코일의 외측테두리를 전체적으로 또는 부분적으로 감싸도록 구비되는 제1가이드부와 상기 평판형 코일의 중공부와 대응되는 영역에 배치되는 제2가이드부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 자성체 플레이트는 상기 평판형 코일과 대응되는 영역에 일정깊이 함몰형성되는 수용홈이 구비되고, 상기 제1가이드부는 상기 수용홈을 규정하는 내측 테두리면이고, 상기 제2가이드부는 상기 중공부와 대응되는 영역에 상기 수용홈의 바닥면으로부터 일정높이 돌출되는 융기부로 구비될 수 있다.
또한, 상기 자성체 플레이트는 자성분말 및 내열성수지를 혼합하여 사출성형될 수 있으며, 상기 자성분말 및 내열성수지는 중량비가 70:30 내지 95:5일 수 있다. 여기서, 상기 자성분말은 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머 또는 Fe-Si-Cr계 메탈 폴리머 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 상기 평판형 코일을 포함하는 자성체 플레이트의 일면을 덮을 수 있도록 에폭시 몰딩을 통하여 형성될 수 있다.
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또한, 상기 커버부재는 강성을 갖는 재질로 이루어지고, 상기 커버부재의 내면과 평판형 코일 사이에는 완충부재가 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 안테나유닛에서 발생하는 자기장을 유도하기 위한 자성체 플레이트를 내열성수지가 포함된 사출물로 구성하여 차량의 주행 중 진동 및 흔들림이 발생하더라도 진동 및 충격에 대한 내성을 높여 자성체 플레이트가 파손되는 것을 방지함으로써 충전효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 안테나유닛의 흔들림을 방지하여 안테나유닛의 위치가 고정되도록 함으로써 수신코일과 송신코일간의 정렬위치가 변경되는 것을 방지하여 충전효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 안테나유닛의 측부가 자성체 플레이트를 통해 감싸지도록 함으로써 자기장의 집속도를 높여 낮은 투자율의 재료를 사용하더라도 높은 투자율의 재료와 동등한 충전효율을 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 무선충전 송신모듈을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈을 나타낸 개략도,
도 3은 도 2의 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈에 적용되는 자성체 플레이트를 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 변형예로서, 제1가이드부의 일부가 개방된 형태를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈에서 커버부재가 다른 형태로 구비되는 경우를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈에서 완충부재가 구비되는 경우를 나타낸 도면,
도 8은 도 7의 분리도, 그리고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈에서 평판형 코일이 2개로 구비되는 경우를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선충전 송신모듈(100,200,300,400)은 차량 내에 설치되어 충전하고자 하는 전자기기 측으로 무선 신호를 송출하기 위한 것으로, 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이 안테나유닛(110,210), 자성체 플레이트(120,120') 및 커버부재(140,240,340)를 포함한다.
상기 안테나유닛(110,210)은 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기 측으로 무선신호를 송출하여 상기 휴대용 전자기기가 필요로 하는 전력을 전달하기 위한 것이다.
이와 같은 안테나유닛(110,210)은 양 단부측에 한 쌍의 연결단자(112a,112b)를 갖는 소정 길이의 도전성부재가 시계방향 또는 반시계방향으로 복수 회 권선되는 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형 코일(110a,110b,110c)로 구비되며, 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면에 고정된다. 이때, 상기 도전성부재는 구리와 같은 도전성을 갖는 금속재질일 수 있으며, 소정의 선경을 갖는 복수 개의 가닥이 길이방향을 따라 꼬인 형태로 구비될 수도 있다.
상기 평판형 코일(110a,110b,110c)은 상기 휴대용 전자기기에 내장된 수신코일 측으로 무선 신호를 송출하여 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식을 통하여 전력을 생산하기 위한 송신코일의 역할을 수행한다.
여기서, 상기 휴대용 전자기기 측에는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)과 대응되는 별도의 수신용 안테나(일례로, 수신 코일(Rx coil))가 구비된다. 이를 통해, 전자기 유도 현상에 의하여 상기 평판형 코일에서 변화하는 자기장의 변화를 통해 수신 코일 측에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되게 된다.
즉, 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)은 100~350kHz 범위의 동작주파수를 갖는 무선신호를 상기 수신 코일 측으로 송출함으로써 상기 수신 코일 측에 전류가 유도될 수 있도록 한다. 여기서, 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)은 Qi방식으로 작동하는 송신용 안테나의 역할을 수행할 수도 있고, PMA 방식으로 작동하는 송신용 안테나의 역할을 수행할 수도 있다.
이와 같은 안테나유닛은 하나의 평판형 코일로 구성될 수도 있지만, 복수 개의 평판형 코일(110a,110b,110c)이 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 안테나유닛(110)은 3개의 평판형 코일(110a,110b,110c)로 구비되고 세 개의 평판형 코일(110a,110b,110c) 중 어느 하나의 평판형 코일(110c)이 나머지 두 개의 평판형 코일(110a,110b)의 상부측에 배치되되, 나머지 두 개의 평판형 코일(110a,110b)과 각각 일부가 서로 중첩되도록 배치될 수도 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 안테나유닛(210)은 두 개의 평판형 코일(110a,110b)이 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면에 서로 간격을 두고 이격배치될 수도 있다.
이하에서는, 설명의 편의상 동일 평면상에 배치되는 두 개의 평판형 코일(110a,110b)을 각각 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)로 명명하고, 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)과 일부가 중첩되도록 적층되는 평판형 코일(110c)을 제3코일(110c)로 명명하기로 한다.
그러나 본 발명을 이와 같은 결합 및 배치관계로 한정하는 것은 아니며 제1코일(110a), 제2코일(110b) 및 제3코일(110c)의 상,하 배치관계 및 평판형 코일의 전체개수는 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 자성체 플레이트(120,120')는 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 상기 안테나유닛(110,210)의 작동시 발생되는 자기장을 차폐하여 안테나의 특성을 높여주기 위한 것이다.
즉, 상기 자성체 플레이트(120,120')는 상기 안테나유닛(110,210)이 소정의 주파수 대역에서 무선신호를 송신할 때 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시킴으로써 소정의 주파수 대역에서 작동하는 안테나의 특성을 높여준다.
이와 같은 자성체 플레이트(120,120')는 상기 안테나유닛(110,210)에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자성체가 포함되는 것이면 모두 사용될 수 있지만, 차량의 운행 중 진동이나 흔들림 및 충격이 발생하더라도 쉽게 깨지지 않도록 자성분말과 내열성수지가 소정의 비율로 혼합되어 이루어질 수 있다.
즉, 상기 자성체 플레이트(120,120')는 자성분말 및 내열성수지를 소정의 비율로 혼합한 후 사출성형되는 사출물로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 자성체 플레이트(120,120')는 상기 안테나유닛(110,210)이 작동하는 100~350kHz 범위의 동작주파수 대역에서 투자율이 20~110이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05이하이며, 포화자속밀도가 0.5T 이상인 특성을 가질 수 있다(μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임).
더불어, 상기 자성체 플레이트(120,120')를 구성하는 자성분말 및 내열성수지의 혼합비율은 중량비가 70:30 내지 95:5일 수 있다.
이는, 상기 자성분말의 중량비가 70이하인 경우 투자율이 작아 무선충전에서 요구되는 적정효율을 만족할 수 없으며, 상기 자성분말의 중량비가 95이상인 경우에는 취성이 강해져 사출에 어려움이 있기 때문이다.
이를 통해, 본 발명에 따른 자성체 플레이트(120,120')는 상기 자성분말을 통하여 자기장을 차폐하는 차폐시트의 역할을 수행할 수 있으며, 상기 내열성수지가 갖는 플라스틱의 특성을 통해 진동 및 충격에 매우 강한 특성을 갖게 된다.
이로 인해, 자기장을 차폐하기 위하여 사용되던 종래의 Mn-Zn 페라이트 시트에 비하여 자성체 플레이트(120,120')를 구성하는 재료 자체의 특성이 개선되어 진동과 충격에 강한 특성을 가지므로 차량의 운행 중 진동이나 흔들림 및 충격이 발생하더라도 자성체 플레이트(120,120')가 쉽게 깨지지 않게 되므로 최초의 특성치를 유지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 자성분말은 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머 또는 Fe-Si-Cr계 메탈 폴리머 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 내열성수지는 아크릴계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리페닐 설파이드, 폴리에스터이미드, 폴리에스터술폰, 폴리술폰, 폴리이더이더케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리아세탈 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면에는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)의 유동을 방지하고 상기 안테나유닛(110,210)에서 발생되는 자기장의 집속도를 높이기 위한 가이드부(131,132,133,134)가 구비될 수 있다.
이를 통해, 상기 자성체 플레이트(120,120')는 상기 안테나유닛(110,210)이 작동하는 100~350kHz 범위의 동작주파수 대역에서 상기 Mn-Zn 페라이트 시트에 비하여 상대적으로 낮은 투자율, 일례로 20~110의 투자율을 갖더라도 상기 가이드부(131,132,133,134)를 통해 자기장의 집속도를 높여 줌으로써 무선 충전이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 가이드부는 상기 평판형 코일(110a,110b)의 외측테두리를 전체적으로 또는 부분적으로 감싸는 제1가이드부(131)와 상기 평판형 코일(110a,110b)의 중공부와 대응되는 영역에 배치되는 제2가이드부(132,132')를 포함한다. 더불어, 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)이 3개로 구비되는 경우 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 상부측에 배치되는 제3코일(110c)의 외측테두리 중 일부를 감싸기 위한 제3가이드부(133)와 상기 제3코일(110c)의 중앙부에 배치되는 제4가이드부(134)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가이드부(131,132,133,134)는 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면으로부터 일정높이 돌출되는 융기부의 형태로 구비될 수도 있고, 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈의 형태로 구비될 수도 있으며, 융기부와 수용홈이 조합된 형태로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 제1가이드부(131)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)의 외측테두리를 전체적으로 감싸도록 구비될 수도 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이 일측이 개방된 형태로 구비되어 상기 평판형 코일(110a,110b)의 외측테두리를 부분적으로 감싸도록 구비될 수도 있다.
이때, 상기 제1가이드부(131) 및 제2가이드부(132)는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)의 두께와 대략 동일한 크기의 높이를 갖도록 구비됨으로써 상기 평판형 코일(110a,110b)의 외측테두리 및 내측테두리를 감쌀 수 있도록 한다.
즉, 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 외측테두리를 감싸는 제1가이드부(131)는 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 두께와 대략 동일한 크기의 높이를 갖도록 구비되며, 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 내측테두리를 감싸는 제2가이드부(132)는 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 두께와 대략 동일한 크기의 높이를 갖도록 구비된다.
한편, 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 상부측에 일부가 중첩되도록 상기 제3코일(110c)이 적층되는 경우, 상기 제2가이드부(132)는 상기 제1코일(110a) 및 제3코일(110c)의 두께를 합한 크기 또는 상기 제2코일(110b) 및 제3코일(110c)의 두께를 합한 크기와 대략 동일한 크기의 높이를 갖는 제1부분(132a)과 상기 제3코일(110c)과 대응되는 영역에 상기 제1코일(110a) 또는 제2코일(110b)의 두께와 대략 동일한 크기의 높이를 갖는 제2부분(132b)을 포함한다.
더불어, 상기 제3코일(110c)의 중앙부 중 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)과 중첩되지 않는 영역에는 상기 제3코일(110c)의 내측테두리와 접하는 제4가이드부(134)가 배치되며, 상기 제3코일(110c)의 외측테두리와 부분적으로 접하도록 상기 제3가이드부(133)가 배치된다.
이를 통해, 상기 제3코일(110c)이 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 일부와 중첩되도록 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 상부에 적층되는 경우, 상기 제3코일(110c) 중 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)과 중첩되지 않고 제1코일 및 제2코일의 중앙부측에 위치하는 영역은 상기 제2부분(132b)을 통하여 하부면이 접하면서 상기 제1부분(132a)을 통하여 외측테두리가 감싸지도록 배치된다.
또한, 상기 제3코일(110c) 중 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)과 중첩되지 않는 중앙부 영역은 상기 제4가이드부(134)를 통해 내측테두리 중 일부가 접하게 된다.
이에 따라, 상기 제3코일(110c)은 외측테두리 중 일부가 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 중앙부에 배치되는 제2가이드부(132) 및 제3가이드부(133)를 통해 부분적으로 감싸지게 되며, 상기 제4가이드부(134)를 통해 내측테두리 중 일부가 감싸지게 된다.
이때, 상기 가이드부(131,132,133,134)는 상기 자성체 플레이트(120,120')와 동일한 재질로 이루어지며, 상기 자성체 플레이트(120,120')와 일체로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)은 제1가이드부(131) 및 제2가이드부(132,132')를 통해 외측테두리 및 내측테두리가 접하도록 배치되며, 상기 제3코일(110c)은 상기 제2가이드부(132) 및 제3가이드부(133)를 통해 외측테두리가 감싸지고 상기 제4가이드부(134)를 통해 내측테두리의 일부가 감싸지게 된다.
이로 인해, 차량의 주행 중 흔들림이 발생하더라도 상기 제1코일(110a), 제2코일(110b) 및 제3코일(110c)의 위치가 고정됨으로써 각각의 평판형 코일(110a,110b,110c)이 유동되는 것을 방지하고, 각각의 가이드부를 통해 자기장의 집속도를 향상시켜 줌으로써 상기 자성체 플레이트(120,120')가 종래에 사용되던 차폐시트에 비하여 유연성을 확보하여 진동 및 흔들림에 의한 깨짐을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상대적으로 낮은 투자율을 갖는 재질로 이루어지더라도 동등한 충전효율을 얻을 수 있게 된다.
일례로, 상기 자성체 플레이트(120)가 메탈 파우더의 일종인 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머를 자성분말로 사용하여 투자율이 70인 사출물로 구성되고, 세 개의 평판형 코일(110a,110b,110c)의 외측테두리 및 내측테두리를 감싸는 가이드부(131,132,133,134)를 포함하는 경우 3개의 평판형 코일(110a,110b,110c)에서의 특성과, Mn-Zn 페라이트로 이루어져 투자율이 3000인 차폐시트를 사용하는 경우 3개의 평판형 코일에서의 특성은 하기의 표 1과 같다.
항목 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머를 포함하는 자성체 플레이트(가이드부 포함) Mn-Zn 페라이트로 이루어진 차폐시트
(평판구조)
코일위치 제1코일 제2코일 제3코일 제1코일 제2코일 제3코일
인덕턴스(H) 1.23E-05 1.22E-05 1.09E-05 1.18E-05 1.18E-05 1.11E-05
Rdc(Ohm) 0.049 0.049 0.049 0.049 0.049 0.049
위의 표 1에서 확인할 수 있듯이, 두 가지 경우 모두 센터코일인 제3코일의 인덕턴스와 사이드 코일인 제1코일 및 제2코일의 인덕턴스가 Qi규격에서 요구하는 인덕턴스의 조건을 모두 만족함을 확인할 수 있다(Qi 규격의 경우 센터코일의 인덕턴스는 10.35μH ~ 12.65μH, 사이드 코일의 인덕턴스는 11.25μH ~ 13.75μH 범위를 만족해야 함).
즉, 본 발명에 따른 자성체 플레이트(120)는 투자율이 3000인 Mn-Zn 페라이트에 비하여 70의 낮은 투자율을 가지면서도 Qi규격에서 요구하는 인덕턴스의 조건을 모두 만족할 뿐만 아니라 상대적으로 더 높은 인덕턴스를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
더불어, 무선충전 수신모듈 측에 구비되는 차폐시트의 투자율이 750이고 무선충전 송신모듈에 구비되는 차폐시트로서 투자율이 3000인 Mn-Zn 페라이트가 사용될 때 수신코일과 송신코일들 간의 결합계수와, 무선충전 수신모듈 측에 구비되는 차폐시트의 투자율이 750이고 무선충전 송신모듈에 구비되는 차폐시트로서 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머를 자성분말로 사용하여 투자율이 70인 사출물이 사용될 때 수신코일과 송신코일들 간의 결합계수는 하기의 표 2와 같다.
여기서, 상기 자성체 플레이트(120)는 평판형 코일의 외측테두리 및 내측테두리를 감싸는 가이드부(131,132,133,134)를 포함한다.
항목 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머를 포함하는 자성체 플레이트(가이드부 포함) Mn-Zn 페라이트로 이루어진 차폐시트
(평판구조)
코일위치 제1코일 제2코일 제3코일 제1코일 제2코일 제3코일
결합계수 71.8% 71.7% 74.5% 69.0% 69.1% 73.3%
또한, 무선충전 수신모듈 측에 구비되는 차폐시트의 투자율이 750이고 무선충전 송신모듈에 구비되는 차폐시트로서 투자율이 3000인 Mn-Zn 페라이트가 사용될 때 수신코일과 송신코일들 간의 결합계수와, 무선충전 수신모듈 측에 구비되는 차폐시트의 투자율이 750이고 무선충전 송신모듈에 구비되는 차폐시트로서 Fe-Si-Cr계 메탈 폴리머를 자성분말로 사용하여 투자율이 35인 사출물이 사용될 때 수신코일과 송신코일들 간의 결합계수는 하기의 표 3과 같다.
여기서, 상기 자성체 플레이트(120)는 평판형 코일의 외측테두리 및 내측테두리를 감싸는 가이드부(131,132,133,134)를 포함한다.
항목 Fe-Si-Cr계 메탈 폴리머를 포함하는 자성체 플레이트(가이드부 포함) Mn-Zn 페라이트로 이루어진 차폐시트
(평판구조)
코일위치 제1코일 제2코일 제3코일 제1코일 제2코일 제3코일
결합계수 69.4% 69.3% 72.7% 69.0% 69.1% 73.3%
위의 표 2 및 표 3에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 자성체 플레이트(120,120')는 투자율이 3000인 Mn-Zn 페라이트에 비하여 70(심지어, 35)의 낮은 투자율을 가지면서도 각각의 코일에서의 결합계수가 투자율이 3000인 Mn-Zn 페라이트에 비하여 동등하거나 오히려 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 결국 충전효율이 더 높아진다는 것을 의미한다.
결론적으로, 본 발명에 따른 자성체 플레이트는 종래에 비하여 자성분말 및 내열성수지를 적정비율로 혼합한 사출물로 이루어져 낮은 투자율을 갖더라도 상기 가이드부를 통하여 평판형 코일들의 측부에서의 자기장의 집속도를 추가적으로 높여줌으로써 높은 투자율을 갖는 Mn-Zn 페라이트에 비하여 동등하거나 오히려 우수한 충전효율을 얻을 수 있게 된다.
더불어, 자성체 플레이트가 자성분말 및 내열성수지가 혼합된 사출물로 형성됨으로써 차량의 주행 중 발생되는 진동 및 충격에 대하여 매우 강한 특성을 보임으로써 쉽게 깨지지 않는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 자성체 플레이트(120,120')는 상기 평판형 코일(110a,110b)에 구비되는 한 쌍의 연결단자(112a,112b) 중 평판형 코일(110a,110b)의 중앙부로부터 외측으로 연장되는 연결단자(112b)를 수용하기 위한 안착홈(122)이 구비될 수 있다.
이러한 안착홈(122)은 상기 평판형 코일(110a,110b)을 구성하는 도전성부재의 선경과 대략 동일한 크기의 높이를 갖도록 구비되어 평판형 코일(110a,110b)과 자성체 플레이트(120,120')의 고정시 상기 평판형 코일(110a,110b)의 중앙부로부터 외측으로 연장되는 연결단자(112b)가 수용됨으로써 상기 평판형 코일(110a,110b)의 하부면이 상기 자성체 플레이트(120,120')와 완전히 면접될 수 있도록 한다.
상기 커버부재(140,240,340)는 차량의 주행중 자성체 플레이트(120,120')의 일면에 배치되는 평판형 코일(110a,110b,110c)이 유동되거나 흔들리는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 상기 커버부재(140,240,340)는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)과 대응되는 일면이 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)과 면접되도록 함으로써 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)이 자성체 플레이트(120,120')로부터 분리되거나 자성체 플레이트(120,120')의 일면 상에서 평판형 코일(110a,110b,110c)이 흔들리거나 유동되는 것을 방지하게 된다.
이를 통해, 차량의 주행 중 상기 자성체 플레이트(120,120')의 일면에 배치된 평판형 코일(110a,110b,110c)의 위치가 고정됨으로써 무선 충전을 수행하는 경우 전자기기에 내장된 수신코일과 정렬된 상태를 유지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 커버부재(140,240,340)는 안테나 역할을 수행하는 평판형 코일(110a,110b,110c)의 성능을 저하시키지 않도록 비전도성의 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 커버부재(140,240,340)가 열에 의한 반복적인 수축 및 팽창에 의하여 상기 자성체 플레이트(120,120')로부터 분리되는 것을 방지할 수 있도록 상기 자성체 플레이트(120,120')와 수축 및 팽창이 유사한 재질로 이루어질 수 있다.
이를 위해, 상기 커버부재(140)는 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)을 포함하는 자성체 플레이트(120,120')의 일면을 덮고 차량의 운행시 발생되는 진동을 흡수할 수 있도록 에폭시 몰딩을 통한 몰딩물로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 커버부재(240)는 도 6에 도시된 바와 같이 강성을 갖는 재질, 일례로 플라스틱 재질로 이루어지고, 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)과 대응되는 커버부재(240)의 내면에 적어도 하나의 돌출부(242)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 자성체 플레이트(120,120')의 측부는 상기 커버부재(240)의 테두리로부터 연장되는 연장부(244)를 통하여 감싸질 수 있다.
이때, 상기 돌출부(242)는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)이 3개로 구비되는 경우 상기 제3코일(110c)의 두께와 동일한 크기의 높이를 갖도록 구비된다. 이를 통해, 상기 돌출부(242)의 일면이 상대적으로 커버부재(240)의 외면으로부터 낮은 위치에 배치되는 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 일면과 각각 면접됨으로써 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 유동과 흔들림을 방지하며, 상기 제3코일(110c)은 상기 커버부재(240)의 내면과 직접 면접되도록 함으로써 제3코일(110c) 역시 상기 커버부재(240)의 내면을 통해 유동과 흔들림을 방지하게 된다.
더불어, 상기 커버부재(340)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 강성을 갖는 재질, 일례로 플라스틱 재질로 이루어지고, 상기 커버부재(340)와 평판형 코일(110a,110b,110c) 사이에는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)과 일면이 밀착되는 완충부재(150)가 커버부재(340)에 수용되는 형태로 구비될 수도 있다. 여기서, 상기 자성체 플레이트(120,120')의 측부는 상기 커버부재(340)의 테두리로부터 연장되는 연장부(344)를 통하여 감싸질 수 있다.
이때, 상기 완충부재(150)는 차량의 주행시 발생되는 진동 및 흔들림을 흡수할 수 있도록 스폰지나 스티로폼 또는 고무재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 완충부재(150)의 재질을 이에 한정하는 것은 아니며 충격 및 진동을 흡수할 수 있는 재질이면 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 완충부재(150)는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)과 대응되는 내면에 적어도 하나의 돌출부(152)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 돌출부(152)는 상기 평판형 코일(110a,110b,110c)이 3개로 구비되는 경우 상기 제3코일(110c)의 두께와 동일한 크기의 높이를 갖도록 구비된다.
이를 통해, 상기 돌출부(152)의 일면이 상대적으로 커버부재(340)의 외면으로부터 낮은 위치에 배치되는 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 일면과 각각 면접됨으로써 상기 제1코일(110a) 및 제2코일(110b)의 유동과 흔들림을 방지하며, 상기 제3코일(110c)은 상기 완충부재(150)의 일면과 직접 면접되도록 함으로써 제3코일(110c) 역시 상기 완충부재(150)의 일면을 통해 유동과 흔들림을 방지하게 된다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100,200,300,400 : 무선충전 송신모듈 110,210 : 안테나유닛
110a,110b,110c : 평판형 코일 112a,112b : 연결단자
120,120' : 자성체 플레이트 122 : 안착홈
131 : 제1가이드부 132,132' : 제2가이드부
132a : 제1부분 132b : 제2부분
133 : 제3가이드부 134 : 제4가이드부
140,240,340 : 커버부재 242 : 돌출부
244,344 : 연장부 150 : 완충부재
152 : 돌출부

Claims (12)

  1. 서로 간격을 두고 이격배치되는 제1코일 및 제2코일과, 상기 제1코일 및 제2코일의 일부와 각각 중첩되도록 상기 제1코일 및 제2코일의 상부에 적층되는 제3코일을 포함하는 안테나유닛;
    상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키도록 상기 안테나유닛의 일면에 배치되고, 자성분말 및 내열성수지를 혼합하여 사출성형되는 자성체 플레이트; 및
    상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일의 진동 및 흔들림을 방지할 수 있도록 상기 자성체 플레이트의 일면을 덮는 커버부재;를 포함하고,
    상기 커버부재는 상기 안테나유닛과 대면하는 일면이 상기 제1코일의 일면 및 제2코일의 일면과 면접될 수 있도록 상기 안테나유닛과 대면하는 일면으로부터 일정높이 돌출형성되는 돌출부를 포함하되,
    상기 커버부재는 상기 돌출부의 일면이 상기 제1코일의 일면 및 제2코일의 일면과 면접되면서 상기 제3코일의 일면 및 상기 자성체 플레이트의 일면이 상기 커버부재의 내면과 직접 면접되도록 상기 자성체 플레이트의 일면을 덮는 차량용 무선충전 송신모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자성체 플레이트의 일면에는 일면에 상기 제1코일 및 제2코일의 유동을 방지하고 상기 자기장의 집속도를 높일 수 있도록 상기 자성체 플레이트와 동일한 재질로 이루어진 가이드부가 구비되며,
    상기 가이드부는 상기 제1코일 및 제2코일의 외측테두리를 전체적으로 또는 부분적으로 감싸는 제1가이드부와 상기 제1코일 및 제2코일 각각의 중공부와 대응되는 영역에 배치되는 제2가이드부를 포함하는 차량용 무선충전 송신모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자성분말 및 내열성수지는 중량비가 70:30 내지 95:5인 차량용 무선충전 송신모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 커버부재는 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일을 포함하는 자성체 플레이트의 일면을 덮을 수 있도록 에폭시 몰딩을 통하여 형성되는 차량용 무선충전 송신모듈.
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