KR102497810B1 - 차량용 무선전력 전송모듈 - Google Patents

Abstract

차량용 무선전력 전송모듈이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈은 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛; 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛; 및 방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재;를 포함하고, 상기 열전달부재는 상기 한 쌍의 제1코일과 직접 접촉하면서 상기 제2코일과 직접 접촉하도록 상기 이격공간에 배치될 수 있다.

Description

차량용 무선전력 전송모듈{Wireless power transmission module for vehicle}

본 발명은 차량용 무선전력 전송모듈에 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 내 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 무선전력 전송모듈과, 무선전력 전송모듈에서 전기에너지를 전송받는 단말기 측의 무선전력 수신모듈을 포함한다.

이때, 상기 무선전력 전송모듈은 통상적으로 자기장 차폐시트의 일면에 3개의 평판형 코일이 배치되고, 어느 하나의 평판형 코일이 나머지 두 개의 평판형 코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 배치된다.

이에 따라, 상기 자기장 차폐시트와 상부측에 배치되는 평판형 코일 사이에는 소정의 이격공간이 형성되며, 상기 이격공간 측에는 공기가 채워지게 된다.

즉, 무선충전시 상기 자기장 차폐시트와 접하도록 배치되는 두 개의 평판형 코일에서 발생되는 열은 공기 중으로 직접 배출되거나 자기장 차폐시트 측으로 전달되어 방열성능에 문제가 없으나, 상부측에 배치되는 평판형 코일의 경우 상기 이격공간에 채워진 공기가 단열층의 역할을 수행하게 되므로 무선충전시 발생되는 열이 자기장 차폐시트 측으로의 전달되는 것을 방해하게 된다.

이로 인해, 열이 방출될 수 있는 경로가 자기장 차폐시트와 접하고 있는 나머지 두 개의 평판형 코일에 비하여 상대적으로 제한적이므로 방열문제가 발생하고 있으며, 열에 의한 충전효율의 저하 문제가 있다.

KR 10-2015-0159465 A

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 자기장 차폐유닛과 이격되어 상부측에 배치되는 평판형 코일에서 발생된 열이 자기장 차폐유닛 또는 케이스 측으로 빠르게 전달되도록 함으로써 평판형 코일의 배치에 따른 무선전력 전송효율의 저하를 방지할 수 있는 차량용 무선전력 전송모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 별도의 냉각수단을 통하여 무선충전시 평판형 코일에서 발생되는 열을 더욱 빠르게 방출시킴으로써 무선전력 전송효율을 높일 수 있는 차량용 무선전력 전송모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛; 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛; 및 방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재;를 포함하고, 상기 열전달부재는 상기 한 쌍의 제1코일과 직접 접촉하면서 상기 제2코일과 직접 접촉하도록 상기 이격공간에 배치되는 차량용 무선전력 전송모듈을 제공한다.

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또한, 상기 열전달부재는 일면이 상기 자기장 차폐유닛에 접하면서 적어도 일부가 상기 제2코일과 접하도록 배치되어 상기 제2코일로부터 발생되는 열을 상기 자기장 차폐유닛측으로 전달할 수 있다.

또한, 상기 차량용 무선전력 전송모듈은, 전기전도성이 없는 재질로 이루어져 상기 한 쌍의 제1코일과 자기장 차폐유닛 사이에 배치되는 방열부재를 더 포함할 수 있고, 상기 열전달부재는 일면이 상기 방열부재와 접하면서 적어도 일부가 상기 제2코일과 접하도록 배치될 수 있으며, 상기 제2코일로부터 발생되는 열은 상기 방열부재로 전도될 수 있다.
또한, 상기 차량용 무선전력 전송모듈은, 상기 안테나유닛, 자기장 차폐유닛 및 방열부재를 수용하기 위한 케이스를 더 포함할 수 있고, 상기 방열부재는 상기 자기장 차폐유닛의 일면과 접하면서 적어도 일부가 상기 케이스의 내면과 접하도록 배치되어 상기 열전달부재를 통해 전달된 열을 상기 케이스 측으로 전도할 수 있다.

또한, 상기 열전달부재는 상변이 화합물(Phase change materials) 및 열전도성 필러 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열코팅층 형성조성물이 고화되어 형성된 것일 수 있다.

또한, 상기 상변이 화합물은 선형 지방족 탄화수소, 수화무기염, 다가알코올, 고급지방산, 알코올지방산 에스테르, 폴리에테르로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 열전도성 필러를 포함하는 상기 방열코팅층 형성 조성물은 코팅층 형성성분 및 경화성 성분을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 열전도성 필러는 금속 필러, 세라믹 필러 및 카본계 필러 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 열전달부재는 열전도율이 0.8 W/m·K 이상일 수 있다.

또한, 차량용 무선전력 전송모듈은 상기 안테나유닛 및 자기장 차폐유닛을 수용하기 위한 케이스를 더 포함할 수 있고, 상기 자기장 차폐유닛은 상기 이격공간과 연통되도록 관통형성되는 홀을 포함할 수 있으며, 상기 열전달부재는 적어도 일부가 상기 제2코일과 접촉하면서 상기 홀을 충진하도록 상기 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생된 열을 상기 케이스 측으로 전도할 수 있다.

또한, 차량용 무선전력 전송모듈은 상기 안테나유닛 및 자기장 차폐유닛을 수용하기 위한 케이스; 및 상기 케이스로 전달된 열을 외부로 방출하거나 상기 케이스를 냉각시킬 수 있도록 상기 케이스의 일면에 배치되는 냉각수단을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 냉각수단은 히트싱크일 수 있고, 상기 히트싱크와 케이스 사이에는 펠티어소자가 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 자기장 차폐유닛과 이격되어 상부측에 배치되는 평판형 코일에서 발생된 열이 자기장 차폐유닛 또는 케이스 측으로 빠르게 전달되도록 함으로써 평판형 코일의 배치에 따른 무선전력 전송효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 별도의 냉각수단을 통하여 무선충전시 평판형 코일에서 발생되는 열을 더욱 빠르게 방출시킴으로써 무선전력 전송효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈을 나타낸 개략도,
도 2는 도 1에서 제2코일이 분리된 상태를 나타낸 도면,
도 3은 도 1에서 A-A방향의 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈에서 열전달부재가 배치되는 영역을 설명하기 위한 개략도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈에 적용되는 자기장 차폐유닛에 열전달부재가 충진된 홀이 형성되는 경우를 나타낸 도면(도 1의 A-A방향),
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈에 적용되는 자기장 차폐유닛의 세부구성을 나타낸 개략도,
도 7은 도 6에서 차폐시트를 구성하는 미세조각의 형상을 개략적으로 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈에 방열부재가 포함된 경우를 나타낸 개략도(도 1에서 A-A방향), 그리고,
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선전력 전송모듈에 냉각수단이 포함된 경우를 나타낸 도면으로서, 도 9a는 케이스의 일면에 히트싱크가 부착된 경우이고(도 1에서 A-A방향), 도 9b는 펠티어소자가 배치되는 경우이며(도 1에서 A-A방향), 도 9c는 차량의 냉풍을 이용하는 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 무선전력 전송모듈(100)은 차량 내에 설치되어 충전하고자 하는 전자기기 측으로 무선전력 신호를 송출하기 위한 것으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 안테나유닛, 자기장 차폐유닛(120) 및 열전달부재(130)를 포함한다.

상기 안테나유닛은 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기 측으로 무선전력 신호를 송출하여 상기 휴대용 전자기기가 필요로 하는 전력을 전달하기 위한 것이다.

이와 같은 안테나유닛은 양 단부측에 한 쌍의 연결단자를 갖는 소정 길이의 도전성부재가 시계방향 또는 반시계방향으로 복수 회 권선되는 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형 코일(111,112)로 구비되어 상기 자기장 차폐유닛(120)의 일면에 고정되는 형태로 구비된다. 이때, 상기 도전성부재는 구리와 같은 도전성을 갖는 금속재질일 수 있으며, 소정의 선경을 갖는 복수 개의 가닥이 길이방향을 따라 꼬인 형태로 구비될 수도 있다.

즉, 상기 평판형 코일(111,112)은 상기 휴대용 전자기기에 내장된 수신코일 측으로 무선전력 신호를 송출하여 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식 또는 공진주파수를 통한 자기 공진에 의한 방식을 통하여 전력을 생산하기 위한 송신코일의 역할을 수행한다. 일례로, 상기 평판형 코일(111,112)은 무선충전용 송신안테나의 역할을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 휴대용 전자기기 측에는 상기 평판형 코일(111,112)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.

일례로, 상기 평판형 코일(111,112)은 100~350kHz 범위 또는 6.78MHz의 동작주파수를 갖는 무선신호를 상기 수신 코일 측으로 송출함으로써 상기 수신 코일 측에 전류가 유도될 수 있도록 한다. 여기서, 상기 평판형 코일(111,112)은 Qi방식으로 작동하는 송신용 안테나의 역할을 수행할 수도 있고, PMA 방식으로 작동하는 송신용 안테나의 역할을 수행할 수도 있으며, A4WP 방식으로 작동하는 송신용 안테나의 역할을 수행할 수도 있다.

이와 같은 안테나유닛은 복수 개의 평판형 코일(111,112)이 상기 자기장 차폐유닛(120)의 일면에 배치된다. 즉, 상기 평판형 코일(111,112)은 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일(111)과, 상기 한 쌍의 제1코일(111)의 상부측에 적층되고 적어도 일부가 상기 한 쌍의 제1코일(111)과 각각 중첩되도록 배치되는 제2코일(112)을 포함한다.

상기 자기장 차폐유닛(120)은 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 상기 안테나유닛의 작동시 발생되는 자기장을 차폐하여 소요의 방향으로 집속시킴으로써 소정의 주파수 대역에서 작동하는 안테나의 특성을 높여주기 위한 것이다.

이와 같은 자기장 차폐유닛(120)은 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자성체가 포함되는 것이면 모두 사용될 수 있다.

상기 자성체에 대한 비제한적인 예로써, 규소 강판 및 퍼멀로이 등의 순철/합금강재, Fe 및 Co 비정질 등의 비정질/초미세합금, Mn-Zn 및 Ni-Zn계 페라이트 등의 연자성 페라이트 등을 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용할 수 있다.

여기서, 상기 자기장 차폐유닛(120)은 자성체로 이루어지고 일정 면적을 갖는 판상의 차폐시트(121)만으로 구비될 수도 있고, 상기 차폐시트(121)의 적어도 일면에 부착되어 상기 차폐시트(121)를 보호하는 보호필름(122)을 포함할 수도 있다.

일례로, 상기 차폐시트(121)는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트, 페라이트 시트, 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.

여기서, 상기 페라이트 시트는 소결 페라이트 시트일 수 있으며, Ni-Zn 페라이트 또는 Mn-Zn 페라이트가 사용될 수 있다. 더불어, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있다. 더불어, 상기 폴리머 시트는 Fe-Si-Al계 메탈 폴리머 또는 Fe-Si-Cr계 메탈 폴리머일 수 있다.

또한, 상기 차폐시트(121)는 복수 개의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 적층된 형태로 구성될 수도 있다.

더불어, 상기 차폐시트(121)는 플레이크 처리되어 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있고, 1㎛ ~ 7mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다(도 6 및 도 7 참조).

이는, 상기 차폐시트(121)를 복수 개의 미세 조각으로 분리형성하여 사용과정이나 운반과정에서 상기 차폐시트(121)가 깨지는 것을 방지함으로써 차량의 주행 중 발생되는 진동 및 흔들림에 의한 크랙의 발생시 최초 특성이 변하는 것을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 전체적인 저항을 높여 와전류의 발생을 억제할 수 있도록 하기 위함이다.

이를 통해, 상기 차폐시트(121)가 크랙이나 파손이 되는 것을 방지하여 크랙 및 파손으로 인한 최초 특성값의 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 저항값의 증가를 통하여 각각의 평판형 코일에서의 Q(quality factor)값을 높여줌으로써 전체적인 전력전송효율(일례로, 충전효율)을 높일 수 있게 된다.

그리고, 상기 차폐시트(121)가 플레이크 처리되어 미세조각으로 분리형성되고 미세 조각으로 분리된 복수 개의 시트(121a)가 적층되어 구성되는 경우 각각의 시트(121a) 사이에는 비전도성 재질로 이루어진 접착층(121b)이 배치될 수 있다(도 6 참조). 이러한 접착층(121b)은 서로 적층되는 각각의 시트(121a) 측으로 스며들어 미세 조각들의 사이에 배치됨으로써 각각의 시트를 구성하는 복수 개의 미세 조각을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다.

여기서, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.

이때, 상기 차폐시트(121)가 플레이크 처리되어 복수 개의 조각으로 분리형성되는 경우 적어도 한 변이 직선이 아닌 만곡형상으로 이루어지는 미세조각을 포함할 수 있다(도 7 참조). 즉, 각각의 시트를 구성하는 미세조각들의 전체개수 중 적어도 한 변이 만곡형상으로 이루어지는 미세조각의 총 개수가 전체개수의 50% 이상의 비율일 수 있으며, 바람직하게는 70 %이상의 비율일 수 있다.

이는, 적어도 한 변이 직선이 아닌 만곡형상으로 이루어지는 미세조각이 소정의 비율로 포함되어 미세조각들로 이루어진 시트를 구성함으로써 시트 자체의 유연성을 개선시킬 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 차폐시트(121)는 서로 다른 재질로 이루어진 두 개의 시트가 적층되는 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다. 일례로, 상기 차폐시트(121)는 페라이트 시트와 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 적층되는 형태로 구비될 수도 있다.

상기 열전달부재(130)는 한 쌍의 제1코일(111)의 상부측에 적층되는 제2코일(112)로부터 발생되는 열을 자기장 차폐유닛(120) 측으로 전달하여 제2코일(112)에서 발생되는 열을 원활하게 방출하기 위한 것이다.

이러한 열전달부재(130)는 상기 한 쌍의 제1코일(111)의 상부측에 배치되어 상기 제2코일(112)과 자기장 차폐유닛(120) 사이에 형성되는 이격공간(S1,S2)에 배치된다.

즉, 상기 제2코일(112)은 상기 한 쌍의 제1코일(111)의 상부측에 적어도 일부가 각각 중첩되도록 배치됨으로써 하부측에 배치되는 제1코일(111)의 두께에 의하여 상기 자기장 차폐유닛(120)의 일면으로부터 일정 간격 이격된다.

이에 따라, 상기 제2코일(112)의 하부면과 자기장 차폐유닛(120) 사이에는 소정의 이격공간(S1,S2)이 형성되며, 상기 이격공간에 공기가 채워지게 된다. 이와 같은 경우 상기 공기는 단열층의 역할을 수행하게 되므로 상기 제2코일(112)의 작동시 발생되는 열이 자기장 차폐유닛(120) 측으로 전달되는 것을 방해하게 된다. 이로 인해, 상기 제2코일(112)에서 발생되는 열은 상부측으로만 방열이 이루어지므로 상부측과 자기장 차폐유닛(120)을 통해 열이 방출되는 제1코일(111)에 비하여 상대적으로 방열이 원활하게 이루어지지 못해 전력전송효율이 떨어지게 된다.

본 발명에서는 상기 제2코일(112)이 한 쌍의 제1코일(111)의 상부측에 일부가 중첩되도록 적층되는 경우 구조적으로 발생되는 이격공간(S1,S2)상에 상기 열전달부재(130)를 배치함으로써 상기 제2코일(112)에서 발생되는 열이 열전달부재(130)를 통해 자기장 차폐유닛(120) 측으로도 전달될 수 있도록 한다. 이를 통해, 방열면적을 넓혀 상기 제2코일(112)에서 발생되는 열을 빠르게 방출할 수 있도록 함으로써 상기 제1코일(111)들과 동등한 수준의 전력전송효율을 얻을 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 열전달부재(130)는 소정의 두께를 갖도록 구비되고 상기 자기장 차폐유닛(120)과 상기 제2코일(112)의 하부면에 각각 접하도록 상기 이격공간(S1,S2) 상에 배치된다.

여기서, 상기 이격공간은 서로 일정간격 이격배치되는 한 쌍의 제1코일(111)의 외측부와 제2코일(112)의 하부면에 의해 형성되는 제1공간(S1)과 상기 한 쌍의 제1코일(111)의 중공부 내에서 각각의 제1코일(111)의 내측부와 상기 중공부 측으로 돌출되는 제2코일(112)의 하부면에 의해 형성되는 제2공간(S2)을 포함한다.

이때, 상기 열전달부재(130)는 상기 제1코일(111)의 측부와도 접하도록 배치됨으로써 상기 제1코일(111)의 작동시 제1코일(111)에서 발생되는 열이 측부를 통해서도 방출될 수 있도록 한다.

한편, 상기 열전달부재(130)는 열전도도가 0.8 W/m·K 이상일 수 있다. 이는 상기 열전달부재(130)의 열전도도가 0.8 W/m·K 미만일 경우 방열효과가 미미하여 전력전송 효율의 저하를 수반할 수 있기 때문이다.

이와 같은 열전달부재(130)는 열전도성 필러 및 상변이 화합물(Phase change materials) 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열코팅층 형성조성물이 고화된 형태일 수 있으며, 상기 자기장 차폐유닛(120)의 일면에 상기 제1공간(S1) 및 제2공간(S2)과 대응되도록 상변이 화합물 및 열전도성 필러 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열코팅층 형성조성물을 소정의 두께로 직접 도포하여 고화되는 형태일 수도 있다.

구체적으로 설명하면, 상기 열전달부재(130)가 열전도성 필러를 포함하는 방열코팅층 형성조성물로 구성되는 경우, 상기 열전도성 필러는 금속필러, 세라믹 필러 및 카본계 필러 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 금속필러는 Al, Ag, Cu, NI, In-Bi-Sn 합금, Sn-In-Zn 합금, Sn-In-Ag 합금, Sn-Ag-Bi 합금, Sn-Bi-Cu-Ag 합금, Sn-Ag-Cu-Sb 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Ag 합금 및 Sn-Ag-Cu-Zn 합금 등의 공지된 금속필러 중 1 종 이상을 포함할 수 있고, 상기 세라믹필러는 AlN, Al₂O₃, BN, SiC 및 BeO 등의 공지된 세라믹필러 중 1 종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 카본계 필러는 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 다이아몬드 및 그래핀(graphene) 등의 공지된 카본계 필러를 1종 이상 포함할 수 있다.

또한, 상기 열전도성 필러는 방열코팅층을 형성하는 코팅층 형성성분과의 상용성 및 접착력 증가를 위해 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질시킨 열전도성 필러를 사용할 수도 있다.

여기서, 상기 열전달부재(130)가 열전도성 필러를 포함하는 상기 방열코팅층 형성조성물로 구성되는 경우 상기 열전달부재(130)는 일반적으로 사용되는 통상의 코팅층 형성성분 및 경화성 성분을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 열전달부재(130)를 구성하는 방열코팅층 형성조성물이 상변이 화합물을 포함하는 경우 상기 열전달부재(130)는 안테나유닛에서 발생된 열에 의해 성상이 고상에서 반고상 또는 액상으로 변화하는 성상의 변화를 이용할 수 있다.

즉, 어떤 물질이 상변화가 일어나는 경우, 일례로 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체에서 기체(또는 기체에서 액체)로 변화될 때 흡수하거나 방출하는 열을 잠열(latent heat)이라 하는데, 상기 잠열은 상변화가 일어나지 않은 상태에서 온도 변화에 따라 흡수(또는 방출)하는 열보다 매우 크기 때문에 상기 잠열을 이용할 경우 현저한 방열효과를 달성하기에 유리할 수 있다.

상기 상변이 화합물을 방열코팅층 형성조성물에 포함하는 경우 상변이 화합물에 용제를 더해 방열코팅층 형성조성물이 제조될 수 있고, 안테나와의 접착력 향상을 위해 접착성 성분을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상변이 화합물은 공지된 상변이 화합물을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 상변이 화합물은 선형 지방족 탄화수소, 수화무기염, 다가알코올, 고급지방산, 알코올지방산 에스테르, 폴리에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 포함되는 상변이 화합물은 융점이 10 ~ 60℃일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적하는 방열 정도, 발열부의 온도에 따라 달리 설계될 수 있다.

한편, 상기 열전달부재(130)를 구성하는 방열코팅층 형성조성물이 상변이 화합물을 포함하는 경우, 상기 상변이 화합물을 용해시킬 수 있는 용제를 더 포함할 수 있고, 상기 용제는 상변이 화합물을 용해시킬 수 있는 공지된 용제일 수 있다.

또한, 상변이 화합물을 포함하는 코팅층 형성조성물은 평판형코일의 외부면과의 접착력 향상을 위한 접착성분을 더 포함할 수 있다. 상기 접착성분은 상변이 화합물과의 혼합성이 우수한 공지된 접착성분의 경우 제한없이 사용될 수 있다.

도면과 설명에는 상기 열전달부재(130)가 제1공간(S1)과 제2공간(S2)에 모두 배치되는 것을 도시하고 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며 상기 제1공간(S1) 및 제2공간(S2) 중 어느 일측에만 배치될 수도 있고, 상기 제1공간(S1)에 배치되는 열전달부재(130)의 경우 상기 제1코일(111)의 중공부를 완전히 채우도록 배치될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송모듈(100)은 상기 자기장 차폐유닛(120)의 일면에 방열성을 높이기 위한 별도의 방열부재(140)가 배치될 수 있다(도 8 참조). 이러한 방열부재(140)는 상기 한 쌍의 제1코일(111)과 자기장 차폐유닛(120)의 사이에 배치되고 상기 열전달부재(130)의 일부가 접하도록 함으로써 상기 열전달부재(130)를 통해 전달된 열이 방열부재(140) 측으로 전달되어 신속하게 방열이 이루어질 수 있도록 한다.

이와 같은 방열부재(140)는 열전도도가 100W/m·K 이상인 재질이 사용될 수 있으며, 상부측에 배치되는 안테나유닛의 작동시 안테나의 특성에 영향을 주지 않도록 전기전도성이 없는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 일례로서, 상기 방열부재(140)는 그라파이트 시트가 사용될 수 있으며, 복수 개의 그라파이트 시트가 적층되는 형태로 구비될 수도 있다.

이때, 상기 방열부재(140)는 판상의 부재로 이루어질 수도 있지만, 상기 자기장 차폐유닛(120)의 상부면에 접하도록 배치되는 제1판(141)과, 상기 제1판(141)의 단부로부터 하부로 연장되어 상기 자기장 차폐유닛(120)의 측부와 접하는 제2판(142)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2판(142)은 단부측이 후술할 케이스(150)와 서로 접촉되도록 함으로써 상기 케이스(150)가 금속재질로 이루어진 경우 상기 제2코일(112)에서 발생된 열이 열전달부재(130)를 통해 상기 방열부재(140)를 경유하여 상기 케이스(150) 측으로 열을 전달될 수 있도록 한다. 더불어, 상기 방열부재(140)는 상기 제2판(142)의 단부로부터 연장되어 상기 자기장 차폐유닛(120)의 하부면과 접하도록 배치되는 제3판(143)을 더 포함하여 대략 'ㄷ'자 형상으로 구비됨으로써 상기 제3판(143)이 케이스(150)의 내부면과 직접 접촉되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송모듈(100)은 상기 안테나유닛 및 자기장 차폐유닛(120)을 수용하기 위한 케이스(150)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 안테나유닛 및 자기장 차폐유닛(120)이 상기 케이스(150)에 수용되어 외부로 노출되는 것이 방지되며, 차량 내의 소정의 위치, 일례로 기어박스(10) 내에 장착될 수 있다(도 9c 참조).

여기서, 상기 케이스(150)는 플라스틱과 같은 재질로 이루어질 수도 있지만 열전도도를 갖는 금속재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 케이스(150)는 열전도도가 우수하고 가벼운 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

이는, 상기 자기장 차폐유닛(120)의 일면이 케이스(150)에 접촉됨으로써 상기 안테나유닛에서 발생된 열이 자기장 차폐유닛(120)을 경유하여 케이스(150) 측으로 전달됨으로써 상기 케이스(150)를 통해 외부로 방출될 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 상기 자기장 차폐유닛(120)은 상기 열전달부재(130)가 배치되는 이격공간과 연통되도록 관통형성되는 홀(123)이 형성되고, 상기 홀(123)에도 열전달부재(130)가 충진될 수 있다(도 5 참조). 이를 통해, 상기 제2코일(112)에서 발생된 열이 자기장 차폐유닛(120)을 경유하지 않고 상기 홀(123)에 충진된 열전달부재(130)를 통해 케이스(150) 측으로 직접 전달될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송모듈(100)은 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 상기 열전달부재(130) 및/또는 자기장 차폐유닛(120)을 통해 전달된 열을 빠르게 냉각시킬 수 있도록 상기 케이스(150)의 외측에 냉각수단이 배치될 수 있다.

일례로, 상기 냉각수단은 열전도도가 우수한 금속재질로 이루어지는 공지의 히트싱크(160)로 구비되고, 상기 히트싱크(160)가 케이스(150)의 일면에 부착되는 형태로 구비될 수도 있다(도 9a 참조).

이때, 상기 히트싱크(160)와 케이스(150)의 사이에는 공지의 펠티어 소자(170)가 배치됨으로써 방열성능을 더욱 높일 수도 있다(도 9b 참조). 여기서, 상기 펠티어 소자(170)를 구동하기 위한 전원은 별도의 전원을 통해 구동될 수도 있지만, 상기 펠티어 소자(170)가 차량 내에 매립되는 과정에서 차량의 전원과 전기적으로 연결되어 차량으로부터 공급되는 전원을 이용할 수도 있음을 밝혀둔다.

한편, 상기 냉각수단은 차량 내에 설치되는 공조시스템을 이용할 수도 있다.

일례로, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송모듈(100)이 기어박스(10)와 같은 차량 내에 설치되는 경우 상기 차량에 설치된 에어콘으로부터 발생되는 냉풍을 별도의 배관 또는 덕트(12)를 통해 우회시켜 기어박스(10)의 하부측으로 공급시킴으로써 냉풍을 통해 차량용 무선전력 전송모듈(100)의 케이스(150)를 강제 냉각시키는 방식이 적용될 수도 있다(도 9c 참조).

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 : 차량용 무선전력 전송모듈
111 : 제1코일 112 : 제2코일
120 : 자기장 차폐유닛 121 : 차폐시트
121a : 시트 121b : 접착층
122 : 보호필름 123 : 홀
130 : 열전달부재 140 : 방열부재
141 : 제1판 142 : 제2판
143 : 제3판 150 : 케이스
160 : 히트싱크 170 : 펠티어 소자

Claims (16)

1. 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛;
   상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛; 및
   방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재;를 포함하고,
   상기 열전달부재는 상기 한 쌍의 제1코일과 직접 접촉하면서 상기 제2코일과 직접 접촉하도록 상기 이격공간에 배치되는 차량용 무선전력 전송모듈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 열전달부재는 일면이 상기 자기장 차폐유닛에 접하면서 적어도 일부가 상기 제2코일과 접하도록 배치되어 상기 제2코일로부터 발생되는 열을 상기 자기장 차폐유닛측으로 전달하는 차량용 무선전력 전송모듈.
3. 삭제
4. 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛;
   상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛;
   방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재; 및
   전기전도성이 없는 재질로 이루어져, 상기 한 쌍의 제1코일과 자기장 차폐유닛 사이에 배치되는 방열부재;를 포함하고,
   상기 열전달부재는 일면이 상기 방열부재와 접하면서 적어도 일부가 상기 제2코일과 접하도록 배치되며,
   상기 제2코일로부터 발생되는 열은 상기 열전달부재를 통해 상기 방열부재로 전도되는 차량용 무선전력 전송모듈.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 차량용 무선전력 전송모듈은, 상기 안테나유닛, 자기장 차폐유닛 및 방열부재를 수용하기 위한 케이스를 더 포함하고,
   상기 방열부재는 상기 자기장 차폐유닛의 일면과 접하면서 적어도 일부가 상기 케이스의 내면과 접하도록 배치되어 상기 열전달부재를 통해 전달된 열을 상기 케이스 측으로 전도하는 차량용 무선전력 전송모듈.
6. 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛;
   상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛; 및
   방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재;를 포함하고,
   상기 열전달부재는 상변이 화합물(Phase change materials) 및 열전도성 필러 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열코팅층 형성조성물이 고화되어 형성된 것인 차량용 무선전력 전송모듈.
7. 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛;
   상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛;
   방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재; 및
   상기 안테나유닛 및 자기장 차폐유닛을 수용하기 위한 케이스;를 포함하고,
   상기 자기장 차폐유닛은 상기 이격공간과 연통되도록 관통형성되는 홀을 포함하며,
   상기 열전달부재는 적어도 일부가 상기 제2코일과 접촉하면서 상기 홀을 충진하도록 상기 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생된 열을 상기 케이스 측으로 전도하는 차량용 무선전력 전송모듈.
8. 소정의 간격을 두고 이격배치되는 한 쌍의 제1코일 및 상기 한 쌍의 제1코일의 상부측에 적어도 일부가 중첩되도록 적층되는 제2코일을 포함하는 안테나유닛;
   상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속하는 자기장 차폐유닛;
   방열을 촉진할 수 있도록 상기 제2코일과 자기장 차폐유닛 사이에 형성되는 이격공간에 배치되어 상기 제2코일에서 발생되는 열의 전달경로를 형성하는 열전달부재;
   상기 안테나유닛 및 자기장 차폐유닛을 수용하기 위한 케이스;
   상기 케이스로 전달된 열을 외부로 방출하거나 상기 케이스를 냉각시킬 수 있도록 상기 케이스의 일면에 배치되는 냉각수단; 및
   상기 냉각수단과 케이스 사이에는 배치되는 펠티어소자;를 포함하는 차량용 무선전력 전송모듈.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 냉각수단은 히트싱크인 차량용 무선전력 전송모듈.
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