KR102622276B1 - 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송을 위한 수신 코일 및 전송 코일의 주변에 원 또는 호 형상의 자석 어레이를 배치하여 수신 코일과 전송 코일의 정렬 정확도를 높이고, 인덕턴스, 충전 효율 등과 같은 특성이 저하되는 것을 방지한다.

Description

안테나 모듈{ANTENNA MODULE}
본 발명은 무선 전력 전송을 지원하는 안테나 모듈, 무선 전력 전송 시스템 및 휴대 단말용 케이스에 관한 것이다.
휴대 단말은 충전 케이블을 이용해 내장된 배터리를 충전하고, 배터리에 충전된 전력으로 구동한다. 최근에는 무선 전력 전송 기술이 개발되면서 무선 전력 전송 기술을 이용해 배터리를 무선 충전하는 방식이 휴대 단말에 적용되고 있다.
무선 충전은 송신 측(Tx, 충전기)과 수신 측(R, 휴대 단말)에 각각 내장된 코일 형태의 안테나를 통해 무선으로 전력을 전송하는 충전 방식이다.
무선 충전은 저속 충전인 경우 송신 측의 안테나와 수신 측의 안테나의 정렬(align)이 정확히 되지 않은 상태에서도 일정한 충전 효율을 갖는다.
하지만, 무선 충전은 고속 충전인 경우 송신 측의 안테나와 수신 측의 안테나의 정렬이 정확히 되지 않으면 충전 효율이 저하되고, 충전 시 휴대 단말 및/또는 충전기의 발열이 심해지는 문제점이 있다.
이에, 휴대 단말을 충전기에 거치할 때 휴대 단말의 안테나와 충전기의 안테나를 정확하게 정렬하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 공개된　종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허 제10-0505847호(명칭: 루프 안테나를 형성한 탈착식 배터리 커버 및 이를 적용한 비접촉식 무선 결제용 휴대폰)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 차폐 시트의 전체 영역 중에서 안테나 시트에 실장된 자석과 중첩되는 일부 영역을 타발하여 자석에 의해 차폐 시트가 자기포화(자화)되는 것을 방지하도록 한 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자기 결합을 통해 휴대 단말에 배치된 수신용 안테나 모듈의 자성체와 충전기에 설치된 전송용 안테나 모듈의 자성체 사이의 자기 결합을 통해 수신용 안테나 모듈 및 전송용 안테나 모듈이 정확한 위치에 정렬되도록 한 무선 전력 전송 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 휴대 단말에 장착 시 휴대 단말에 내장된 수신용 안테나 모듈의 외주를 따라 배치되는 자성체를 구비하여, 전송용 안테나 모듈의 자성체와의 자기 결합을 통해 수신용 안테나 모듈 및 전송용 안테나 모듈이 정확한 위치에 정렬되도록 한 휴대 단말용 케이스를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈은 방사 패턴이 형성되고, 방사 패턴의 외주를 따라 형성된 자석 어레이가 삽입된 안테나 시트 및 안테나 시트에 적층되고, 자석 어레이와 중첩된 영역에 중첩 방지 홀이 형성된 차폐 시트를 포함한다.
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본 발명에 의하면, 안테나 모듈은 차폐 시트의 전체 영역 중에서 안테나 시트에 실장된 자석과 중첩되는 일부 영역을 타발함으로써, 자석에 의해 차폐 시트가 자기포화(자화)되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 차폐 시트의 전체 영역 중에서 안테나 시트에 실장된 자석과 중첩되는 일부 영역을 타발함으로써, 차폐 시트의 차폐 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 차폐 시트의 전체 영역 중에서 안테나 시트에 실장된 자석과 중첩되는 일부 영역을 타발하여 자석에 의해 차폐 시트가 자기포화(자화)되는 것을 방지함으로, 인덕턴스, 충전 효율 등과 같은 안테나 모듈의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무선 전력 전송 시스템은 전송측 자석 어레이의 상면과 외주면 및 내주면에 실드 기재를 배치함으로써, 전송 코일과 수신 코일을 정확한 위치에 정렬하면서 전송측 자석 어레이의 자력에 의한 간섭을 최소화하여 전송 코일의 무선 전력 전송 효율의 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 휴대 단말용 케이스는 외부 하우징에 자석 어레이를 몰딩함으로써, 자석 어레이 없이 수신 코일만 실장된 휴대 단말을 이용하는 경우에도 전송 코일과 수신 코일을 정확한 위치에 정렬하도록 무선 전력 전송 효율의 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 안테나 시트를 설명하기 위한 상면도,
도 3은 도 2의 안테나 시트를 설명하기 위한 저면도.
도 4 및 도 5는 도 3의 제1 자석 어레이 및 제2 자석 어레이를 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1의 자성 시트를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈의 적층 구조를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈의 적층 구조의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 12는 도 11의 전송용 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 13은 도 11의 제1 하우징을 설명하기 위한 도면.
도 14은 도 11의 제2 하우징을 설명하기 위한 도면.
도 15는 도 11의 전송 코일을 설명하기 위한 도면.
도 16 및 도 17은 도 11의 전송측 자석 어레이를 설명하기 위한 도면.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 19는 도 18의 전송측 자석 어레이를 A-A'기준으로 절단한 단면도.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말용 케이스를 설명하기 위한 도면.
도 22는 도 20 및 도 21의 자석 어레이를 설명하기 위한 도면.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말용 케이스의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드　　또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는　　"직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위　또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 하는 것을 원칙으로 한다.
도면은 본 발명의 사상을 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 도면에 의해서 본 발명의 범위가 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한 도면에서 상대적인 두께, 길이나 상대적인 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈은 제1면 및 제2면을 갖는 안테나 시트(100), 안테나 시트(100)의 제2면에 배치된 차폐 시트(200)를 포함하여 구성된다.
안테나 시트(100)에는 서로 다른 주파수 대역에 공진하는 복수의 방사 패턴이 형성된다. 안테나 시트(100)에는 무선 전력 수신을 위한 제1 방사 패턴(120), 근거리 통신을 위한 제2 방사 패턴(130)이 형성되는 것을 일례로 한다. 안테나 시트(100)에는 안테나 시트(100)와 무선 충전기의 정렬을 유도하는 자석이 배치된다. 안테나 시트(100)에는 환호(環壕) 형상의 자석이 제1 방사 패턴(120)의 외주를 따라 배치된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 안테나 시트(100)는 베이스 시트(110), 제1 방사 패턴(120), 제2 방사 패턴(130), 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)를 포함한다.
베이스 시트(110)는 제1면 빛 제2면을 갖는 판상 기재이다. 베이스 시트(110)는 폴리이미드 등의 재질로 형성된 수지 시트인 것을 일례로 한다.
제1 방사 패턴(120)은 무선 전력 수신을 위한 방사 패턴이다. 제1 방사 패턴(120)은 상부 방사 패턴(121) 및 하부 방사 패턴(122)으로 구성된다.
상부 방사 패턴(121)은 베이스 시트(110)의 제1면에 형성되고, 베이스 시트(110)의 제1면에서 복수 회 권회하는 제1 루프를 형성한다. 이때, 상부 방사 패턴(121)은 제2 방사 패턴(130)이 제1 루프의 외부에서 제1 루프의 내주로 진입하는 진입 경로(R1)와 제2 방사 패턴(130)이 제1 루프의 내주에서 제1 루프의 외부로 진출하는 진출 경로(R2)를 형성한다.
여기서, 진입 경로(R1) 및 진출 경로(R2)는 제2 방사 패턴(130)이 제1 루프의 내주 영역에 내부 루프를 형성하기 위해서 횡단하는 경로를 의미한다. 진입 경로(R1) 및 진출 경로(R2)는 제1 루프의 내주에서 외주 방향으로 연장되어 제1 방사 패턴(120)을 횡단하도록 형성된다. 진입 경로(R1) 및 진출 경로(R2)는 제1 루프에서 제1 방사 패턴(120)이 형성되지 않는 공간으로, 진입 경로(R1) 및 진출 경로(R2)에는 제1 방사 패턴(120)이 배치되지 않는다.
하부 방사 패턴(122)은 베이스 시트(110)의 제2면에 형성되고, 베이스 시트(110)의 제2면에서 복수 회 권회하는 제2 루프를 형성한다. 하부 방사 패턴(122)은 베이스 시트(110)를 관통하는 복수의 비아 홀을 통해 상부 방사 패턴(121)과 연결된다.
상부 방사 패턴(121)의 제1 루프 및 하부 방사 패턴(122)의 제2 루프의 외경은 대략 38Φ 정도이다.
제2 방사 패턴(130)은 베이스 시트(110)의 제1면에 형성된다. 제2 방사 패턴(130)은 진입 경로(R1)를 통해 제1 방사 패턴(120)의 제1 루프의 내주로 진입하여 제1 루프의 내주 영역에 내부 루프를 형성한다. 제2 방사 패턴(130)은 내부 루프를 형성한 후 진출 경로(R2)를 통해 제1 방사 패턴(120)의 제1 루프의 외부로 진출한다. 제2 방사 패턴(130)은 제1 루프의 외부로 진출한 후 베이스 시트(110)의 제1면에서 복수회 권회하여 제3 루프를 형성한다.
베이스 시트(110)에는 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)가 관통하는 관통 홀이 형성된다. 베이스 시트(110)에는 제1 자석 어레이(140)가 관통하는 제1 관통 홀, 제2 자석 어레이(150)가 관통하는 제2 관통 홀이 형성된다. 제1 관통 홀 및 제2 관통 홀은 제1 방사 패턴(120)이 형성한 루프의 외주와 소정 간격 이상 이격되도록 형성된다. 이때, 제1 관통 홀 및 제2 관통 홀은 제1 방사 패턴(120)의 외주와 대략 1㎜ 정도 이격된 것을 일례로 한다.
제1 자석 어레이(140)는 복수의 자석이 환호 형상으로 배열되어 구성된다. 제1 자석 어레이(140)의 일단은 베이스 시트(110)의 제1 관통 홀을 관통하여 베이스 시트(110)의 제1면 및 제2면에 배치된다. 제1 자석 어레이(140)는 제1 방사 패턴(120)의 외주를 따라 배치되어 환호 형상을 형성하는 복수의 제1 자석 유닛(141)을 포함한다. 제1 자석 유닛(141)은 제1 방사 패턴(120)의 외주와 이격되도록 배치된 S극 영구 자석(142), 제1 방사 패턴(120)의 외주를 이격되도록 배치되되 S극 영구 자석(142)과 제1 방사 패턴(120)의 외주 사이에 배치된 N극 영구 자석(143)을 포함하여 구성된다.
제2 자석 어레이(150)는 복수의 자석이 환호 형상으로 배열되어 구성된다. 제2 자석 어레이(150)의 일단은 베이스 시트(110)의 제2 관통 홀을 관통하여 베이스 시트(110)의 제1면 및 제2면에 배치된다. 제2 자석 어레이(150)는 제1 방사 패턴(120)의 외주를 따라 배치되어 환호 형상을 형성하는 복수의 제2 자석 유닛(151)을 포함한다. 제2 자석 유닛(151)은 제1 방사 패턴(120)의 외주와 이격되도록 배치된 S극 영구 자석(152), 제1 방사 패턴(120)의 외주를 이격되도록 배치되되 S극 영구 자석(152)과 제1 방사 패턴(120)의 외주 사이에 배치된 N극 영구 자석(153)을 포함하여 구성된다.
제1 자석 어레이(140)는 제1 방사 패턴(120)의 진입 경로(R1)에 인접한 위치에서 진출 경로(R2)에 인접한 위치까지 제1 방사 패턴(120)의 외주를 따라 반시계방향으로 배치된다. 제2 자석 어레이(150)는 제1 방사 패턴(120)의 진출 경로(R2)에 인접한 위치에서 진입 경로(R1)에 인접한 위치까지 제1 방사 패턴(120)의 외주를 따라 반시계방향으로 배치된다. 이때, 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)는 양단이 서로 마주하도록 배치되고, 서로 이격되어 제2 방사 패턴(130)의 진입 경로(R1) 및 진출 경로(R2)를 형성한다.
도 4를 참조하면, 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)는 내측에 N극 영구 자석(143, 153)이 배치되고, 외측에 S극 영구 자석(142, 152)이 배치된 환 형상을 형성한다. 이때, 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)를 구성하는 N극 영구 자석(143, 153) 및 S극 영구 자석(142, 152)은 대략 20도의 각도를 갖는 호 형상으로 형성된다. 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)가 형성한 환호 형상의 내주 직경(d1)은 대략 38㎜ 정도의 직경을 갖고, 환 형상의 외주 직경(d2)은 대략 46㎜ 정도의 직경을 갖는다.
제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)를 구성하는 S극 영구 자석(142, 152) 및 N극 영구 자석(143, 153)은 폭이 대략 3mm 정도이고, 두께가 대략 300㎛~400㎛ 정도이다.
도 5를 참조하면, 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)는 일체로 형성된 수신측 자석 어레이(160)로 대체될 수도 있다. 수신측 자석 어레이(160)는 S극 영구 자석(162) 및 N극 영구 자석(164)이 교대로 배치되어 구성된다. 이때, 수신측 자석 어레이(160)는 적어도 일부가 개구되어 다른 구조물이 관통하는 경로를 갖도록 형성될 수도 있다.
차폐 시트(200)는 제1면 및 제2면을 갖는 자성 재질로 형성된 판상의 기재이며, 베이스 시트(110)의 제2면에 적층된다.
차폐 시트(200)는 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)와 중첩되는 경우 N극 영구 자석(143, 153) 및 S극 영구 자석(142, 152)에서 발생하는 자성에 의해 자기 포화(자화)되고, 이로 인해 차폐 성능이 저하되거나, 인덕턴스, 충전 효율 등의 안테나 특성이 변경될 수 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈은 차폐 시트(200)의 전체 영역 중에서 베이스 시트(110)에 실장된 자석과 중첩되는 일부 영역을 타발함으로써, 자석에 의해 차폐 시트(200)가 자기포화(자화)되는 것을 방지하여 차폐 성능의 저하, 인덕턴스, 충전 효율 등과 같은 안테나 모듈의 특성 저하를 방지한다.
즉, 도 6을 참조하면, 차폐 시트(200)는 베이스 시트(110)의 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)와 중첩되는 영역에 중첩 방지 홀이 형성된다. 즉, 차폐 시트(200)의 전체 영역 중에서 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)와 중첩되는 영역을 제거(타발)함으로써 중첩 방지 홀이 형성된다.
차폐 시트(200)에는 제1 자석 어레이(140)에 대응되는 제1 중첩 방지 홀(210), 제2 자석 어레이(150)에 대응되는 제2 중첩 방지 홀(220)이 형성된다. 제1 중첩 방지 홀(210)은 베이스 시트(110)에 형성된 제1 관통 홀과 중첩되고, 제2 중첩 방지 홀(220)은 베이스 시트(110)에 형성된 제2 관통 홀과 중첩될 수 있다.
한편, 안테나 모듈은 베이스 시트(110)의 제1면에 적층되는 보호 시트(300), 차폐 시트(200)의 제2면에 적층된 방열 시트(400)를 더 포함할 수도 있다. 제1 방사 패턴(120)의 두께, 차폐 시트(200)의 두께(또는 층수)를 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)의 두께에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)는 중첩 방지 홀에 수용된다. 즉, 제1 자석 어레이(140)는 일부가 베이스 시트(110)의 제1 관통 홀에 수용되고, 다른 일부(제1 관통 홀을 관통한 제1 자석 어레이(140)의 단부)가 차폐 시트(200)의 제1 중첩 방지 홀(210)에 수용된다. 제2 자석 어레이(150)는 일부가 베이스 시트(110)의 제2 관통 홀에 수용되고, 다른 일부(제2 관통 홀을 관통한 제2 자석 어레이(150)의 단부)가 차폐 시트(200)의 제2 중첩 방지 홀(220)에 수용된다.
도 8을 참조하면, 제1 중첩 방지 홀(210) 및 제2 중첩 방지 홀(220)은 제1 자석 어레이(140) 및 제2 자석 어레이(150)와 방열 시트(400) 사이에 공극(500a, 500b)을 형성할 수 있다. 즉, 제1 자석 어레이(140)의 단부와 제1 중첩 방지 홀(210), 방열 시트(400; Thermal Spread) 사이에 제1 공극(500a)이 형성되고, 제2 자석 어레이(150)의 단부와 제2 중첩 방지 홀(220), 방열 시트(400)(Thermal Spread) 사이에 제2 공극(500b)이 형성된다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 베이스 시트(110)에는 요구되는 특성에 따라 제2 방사 패턴(130)이 형성되지 않은 영역(S1)이 존재할 수 있다. 즉, 제2 방사 패턴(130)은 제1 방사 패턴(120)의 내주 영역과 베이스 시트(110)의 인접한 두 변에만 인접하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 차폐 시트(200)는 제2 방사 패턴(130)이 형성되지 않은 영역과 중첩되는 영역이 일부 제거될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 휴대 단말(10)에 설치되는 수신용 안테나 모듈(600)과 충전기(20)에 설치되는 전송용 안테나 모듈(700)을 포함하여 구성된다.
수신용 안테나 모듈(600)은 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 안테나 모듈과 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이때, 수신용 안테나 모듈(600)은 제2 방사 패턴을 포함하지 않고, 제1 방사 패턴 만을 포함하여 구성될 수도 있다.
전송용 안테나 모듈(700)은 휴대 단말(10)의 충전을 위한 전력을 무선 전송하는 안테나 모듈이다. 전송용 안테나 모듈(700)은 충전기(20)에 설치되되, 휴대 단말(10)이 충전기(20) 상에 배치될 때 수신용 안테나 모듈(600)과 마주하며 근접 배치될 수 있도록 설치된다.
도 12를 참조하면, 전송용 안테나 모듈(700)은 제1 하우징(710), 제2 하우징(720), 전송 코일(730), 전송측 자석 어레이(740)를 포함하여 구성된다.
제1 하우징(710)은 도면상 최상부에 위치한 기재이다. 제1 하우징(710)은 무선 충전시 발생하는 자기장을 차폐하는 차폐 기재이다. 제1 하우징(710)은 자성체로 구성되며, 페라이트, 폴리머, 비정질 리본, 나노 결정립 등의 재질로 형성된 자성체인 것을 일례로 한다.
제1 하우징(710)은 비정질 리본으로 구성된 자성체일 수 있다. 비정질 리본은 Fe, Si 및 B를 포함하는 자성체이거나 Fe, Si 및 Nb를 포함하는 자성체인 것을 일례로 한다. 비정질 리본은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함하는 자성체일 수도 있다. 제1 하우징(710)은 나노 결정립 합금을 포함하는 나노 결정립으로 구성된 자성체 일 수도 있다.
제1 하우징(710)은 페라이트, 폴리머 등의 자성체로 구성될 수도 있다. 제1 하우징(710)은 동종 또는 이종의 자성 성분들이 혼합된 자성체로 구성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 하우징(710)은 제1 수평 플레이트(711) 및 제1 수직 플레이트(714)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 수평 플레이트(711)는 원형으로 형성된 판상의 플레이트이다. 제1 수평 플레이트(711)에는 제1 수용 공간에 수용된 전송 코일(730)의 양단을 외부로 배출시키는 한 쌍의 슬릿이 형성될 수 있다.
즉, 제1 수평 플레이트(711)에는 전송 코일(730)의 제1 단부(731)를 외부로 배출시키는 제1 슬릿(712)과 전송 코일(730)의 제2 단부(732)를 외부로 배출시키는 제2 슬릿(713)이 형성된다.
이때, 제2 슬릿(713)은 제1 슬릿(712)과 이격되어 제1 슬릿(712)보다 짧게 형성된다. 다시 말해, 제2 슬릿(713)의 길이는 제1 슬릿(712)의 길이보다 짧게 형성된다. 여기서, 제1 슬릿(712) 및 제2 슬릿(713)의 길이는 제1 수평 플레이트(711)의 중심점에 인접한 단부에서 제1 수평 플레이트(711)의 외주에 배치된 단부까지의 길이일 수 있다.
제1 슬릿(712)에는 전송 코일(730) 중에서 제1 단부(731)에 인접한 일부분이 수용되고, 제2 슬릿(713)에는 전송 코일(730) 중에서 제2 단부(732)에 인접한 일부분이 수용된다.
제1 수직 플레이트(714)는 제1 수평 플레이트(711)의 외주를 따라 배치되고, 제1 수직 플레이트(714)의 하부로 연장되어 제1 하우징(710)의 측면을 형성한다. 이때, 제1 하우징(710)에는 제1 수평 플레이트(711)의 하면과 제1 수직 플레이트(714)로 둘러싸인 제1 수용 공간이 형성되며, 제1 수용 공간에는 제2 하우징(720), 전송 코일(730) 및 전송측 자석 어레이(740)가 수용된다.
제2 하우징(720)은 제1 하우징(710)과 결합된다. 제2 하우징(720)은 제1 하우징(710)의 제1 수용 공간 내에 수용되도록 제1 하우징(710)과 결합되는 것을 일례로 한다. 제2 하우징(720)은 충전기(20)에 실장시 무선 전력 수신 모듈과 마주하도록 배치된다.
제2 하우징(720)은 수지 재질, 금속 재질 등과 같이 무선 충전시 발생하는 자기장을 통과시킬 수 있는 재질로 형성된다.
도 14를 참조하면, 제2 하우징(720)은 제2 수평 플레이트(721), 제2 수직 플레이트(722), 제3 수직 플레이트(723)를 포함하여 구성될 수 있다.
제2 수평 플레이트(721)는 원형으로 형성된 판상의 기재이다.
제2 수직 플레이트(722)는 제2 수평 플레이트(721)의 외주를 따라 배치되고, 제2 수직 플레이트(722)의 상부로 연장되어 제2 하우징(720)의 측면을 형성한다. 이때, 제2 하우징(720)에는 제2 수평 플레이트(721)의 상면과 제2 수직 플레이트(722)로 둘러싸인 제2 수용 공간(724)이 형성된다.
제2 수직 플레이트(722)는 전송 코일(730)의 양단이 관통하는 한 쌍의 관통 홈이 형성될 수 있다. 즉, 제2 수직 플레이트(722)에는 전송 코일(730)의 제1 단부(731)를 외부로 배출시키는 제1 관통 홈(722a)과 전송 코일(730)의 제2 단부(732)를 외부로 배출시키는 제2 관통 홈(722b)이 형성된다. 제1 관통 홈(722a)은 제2 하우징(720)이 제1 하우징(710)에 수용됨에 따라 제1 수직 플레이트(714)에 형성된 제1 슬릿(712)의 제1 단부(731)와 나란히 배치된다. 제2 관통 홈(722b)은 제2 하우징(720)이 제1 하우징(710)에 수용됨에 따라 제1 수직 플레이트(714)에 형성된 제2 슬릿(713)의 제1 단부(731)와 나란히 배치된다.
제3 수직 플레이트(723)는 제2 수평 플레이트(721)의 상면에서 제2 수직 플레이트(722)의 상부로 연장되어 제2 수용 공간(724)은 2개의 수용 공간으로 구획하는 내부 격벽을 형성한다. 이때, 제2 수용 공간(724)은 제3 수직 플레이트(723)에 의해 내부 수용 공간(725) 및 외부 수용 공간(726)으로 구획된다. 내부 수용 공간(725)에는 전송 코일(730)이 수용되고, 외부 수용 공간(726)에는 전송측 자석 어레이(740)가 수용된다.
전송 코일(730)은 무선 전력 전송을 위한 코일이다. 도 15를 참조하면, 전송 코일(730)은 제1 하우징(710)과 제2 하우징(720)의 중심점을 수직으로 관통하는 가상의 권취축을 복수회 권회하는 루프 형상으로 형성된다. 다시 말해, 전송 코일(730)은 제1 하우징(710)의 하면 상에서 복수회 권회하거나, 제2 하우징(720)의 상면 상에서 복수회 권회하는 판상의 루프 코일로 구성될 수 있다.
전송 코일(730)은 제2 하우징(720)의 내부 수용 공간(725)에 배치된다. 전송 코일(730)의 제1 단부(731)는 제2 수직 플레이트(722)의 제1 관통 홈(722a)과 제1 수평 플레이트(711)의 제1 슬릿(712)을 통과해 외부로 노출된다. 전송 코일(730)의 제2 단부(732)는 제2 수직 플레이트(722)의 제2 관통 홈(722b)과 제1 수평 플레이트(711)의 제2 슬릿(713)을 통과해 외부로 노출된다.
전송측 자석 어레이(740)는 수신용 안테나 모듈(600)의 자석 어레이(840)와 자기 결합하여 전송 코일(730)과 수신 코일(860)(즉, 상술한 제1 방사 패턴)이 정확한 위치에 정렬되도록 유도한다. 이를 통해, 무선 전력 전송 시스템은 전송 코일(730)과 수신 코일(860)이 무선 전력 전송 효율이 저하되는 것을 방지한다.
도 16을 참조하면, 전송측 자석 어레이 (740)는 복수의 자석이 원형 또는 호(Arc) 형상으로 배열되어 구성된다. 이때, 전송측 자석 어레이(740)는 S극 영구 자석(741)과 N극 영구 자석(742)이 교대로 배치되어 구성된다.
전송측 자석 어레이(740)는 제2 하우징(720)의 외부 수용 공간(726)에 배치되어, 제2 하우징(720)의 제3 수직 플레이트(723)를 사이에 두고 전송 코일(730)의 외주를 둘러싸는 형태로 배치된다. 이때, 전송측 자석 어레이(740) 는 적어도 일부가 개구되어 다른 구조물이 관통하는 경로를 갖도록 형성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 전송측 자석 어레이(740)는 제3 자석 어레이(740a)와, 제3 자석 어레이(740a)의 하부에 배치된 제4 자석 어레이(740b)를 포함하여 구성될 수도 있다.
제3 자석 어레이(740a)는 S극 영구 자석(741)과 N극 영구 자석(742)이 호 형상으로 교대로 배열되어 구성된다. 제4 자석 어레이(740b)는 N극 영구 자석(742)과 S극 영구 자석(741)이 호 형상으로 교대로 배열되어 구성된다.
제4 자석 어레이(740b)가 제3 자석 어레이(740a)의 하부에 배치됨에 따라, 전송측 자석 어레이(740)는 S극 영구 자석(741)이 상부에 배치되고 N극 영구 자석(742)이 하부에 배치된 제1 적층 자석(743)과, N극 영구 자석(742)이 상부에 배치되고 S극 영구 자석(741)이 하부에 배치된 제2 적층 자석(744)이 호 형상으로 교대로 배열되도록 구성된다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 전송용 안테나 모듈(700)은 전송측 자석 어레이(740)를 주변과 차폐하기 위한 실드 기재(750)를 더 포함할 수 있다.
실드 기재(750)는 전송측 자석 어레이(740)의 상면과 외주면 및 내주면을 따라 배치된다. 이에, 전송측 자석 어레이(740)의 하면은 수신측 자석 어레이(840)와 마주하도록 노출되고, 전송측 자석 어레이(740)의 상면과 외주면 및 내주면은 실드 기재(750)에 의해 차폐된다. 이를 통해, 전송용 안테나 모듈(700)은 전송측 자석 어레이(740)의 자력에 의한 간섭을 최소화하여 전송 코일(730)의 무선 전력 전송 효율의 감소를 최소화할 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 단말용 케이스(800)는 휴대 단말(10)의 후면에 끼워지는 외부 케이스로, 휴대 단말(10)에 끼움 결합되는 외부 하우징(820)과, 외부 하우징(820)에 몰딩된 자석 어레이(840)를 포함하여 구성된다.
외부 하우징(820)은 주로 수지 재질로 형성된다. 외부 하우징(820)은 폴리우레탄(PU; polyurethane), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 등의 수지 재질로 형성된 것을 일례로 한다.
외부 하우징(820)은 휴대 단말(10)의 후면에 배치되는 제1 플레이트, 휴대 단말(10)의 측면을 따라 배치되는 제2 플레이트로 구성된다. 이때, 제1 플레이트와 제2 플레이트에 의해 휴대 단말(10)을 수용하는 수용 공간이 형성된다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 자석 어레이(840)는 외부 하우징(820)에 몰딩된다. 자석 어레이(840)는 S극 영구 자석과 N극 영구 자석이 원형 또는 호 형상으로 교대로 배치되어 구성된다. 자석 어레이(840)는 외부 하우징(820)의 제1 플레이트에 몰딩된다.
휴대 단말용 케이스(800)가 휴대 단말(10)의 후면에 끼움 결합됨에 따라, 자석 어레이(840)는 휴대 단말(10)의 후면에 배치된다. 이때, 자석 어레이(840)는 휴대 단말(10)에 내장된 수신용 안테나 모듈(600)의 외주를 따라 배치된다.
자석 어레이(840)는 S극 영구 자석 및 N극 영구 자석이 적층된 적층 자석이 원형 또는 호 형상으로 교대로 배치되어 구성될 수도 있다. 이때, 자석 어레이(840)는 S극 영구 자석이 상부에 배치되고 N극 영구 자석이 하부에 배치된 제1 적층 자석과, N극 영구 자석이 상부에 배치되고 S극 영구 자석이 하부에 배치된 제2 적층 자석이 호 형상으로 교대로 배열되도록 구성된다.
도 23을 참조하면, 휴대 단말용 케이스(800)는 수신 코일(860)을 더 포함하여 구성될 수도 있다. 즉, 휴대 단말용 케이스(800)는 무선 전력 수신을 위한 안테나를 내장하는 휴대 단말(10)에 끼움 결합된다. 휴대 단말용 케이스(800)는 수신 코일(860)을 통해 수신한 전력을 휴대 단말(10)로 인가하고, 휴대 단말(10)은 휴대 단말용 케이스(800)의 수신 코일(860)을 통해 수신한 전력으로 내장된 배터리를 충전하도록 구성될 수 있다. 이때, 자석 어레이(840) 및 수신 코일(860) 사이에는 실드 기재(미도시)가 더 배치되어, 자석 어레이(840)의 자력에 의한 간섭을 최소화하여 수신 코일(860)의 무선 전력 수신 효율의 감소를 최소화할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 휴대 단말 20: 충전기
100: 안테나 시트 110: 베이스 시트
120: 제1 방사 패턴 121: 상부 방사 패턴
122: 하부 방사 패턴 130: 제2 방사 패턴
140: 제1 자석 어레이 141: 제1 자석 유닛
142: S극 영구 자석 143: N극 영구 자석
150: 제2 자석 어레이 151: 제2 자석 유닛
152: S극 영구 자석 153: N극 영구 자석
160: 수신측 자석 어레이 162: S극 영구 자석
164: N극 영구 자석 200: 차폐 시트
210: 제1 중첩 방지 홀 220: 제2 중첩 방지 홀
300: 보호 시트 400: 방열 시트
500a, 500b: 공극 600: 수신용 안테나 모듈
700: 전송용 안테나 모듈 710: 제1 하우징
711: 제1 수평 플레이트 712: 제1 슬릿
713: 제2 슬릿 714: 제1 수직 플레이트
720: 제2 하우징 721: 제2 수평 플레이트
722: 제2 수직 플레이트 723: 제3 수직 플레이트
724: 제2 수용 공간 725: 내부 수용 공간
726: 외부 수용 공간 730: 전송 코일
731: 제1 단부 732: 제2 단부
740: 전송측 자석 어레이 741: S극 영구 자석
742: N극 영구 자석 743: 제1 적층 자석
744: 제2 적층 자석 750: 실드 기재
800: 휴대 단말용 케이스 820: 외부 하우징
840: 자석 어레이 860: 수신 코일

Claims (20)

  1. 방사 패턴이 형성되고, 상기 방사 패턴의 외주를 따라 형성된 자석 어레이가 삽입된 안테나 시트;
    상기 안테나 시트에 적층되고, 상기 자석 어레이와 중첩된 영역에 중첩 방지 홀이 형성된 차폐 시트; 및
    상기 차폐 시트에 적층되는 방열 시트를 포함하고,
    상기 안테나 시트는,
    제1 관통 홀 및 제2 관통 홀이 형성된 베이스 시트;
    상기 베이스 시트에 형성되되, 진입 경로 및 진출 경로를 갖는 루프 형상으로 형성된 제1 방사 패턴;
    상기 베이스 시트에 형성되되, 상기 진입 경로를 통해 상기 제1 방사 패턴의 내주 영역으로 진입하여 내부 루프를 형성하고, 상기 진출 경로를 통해 상기 제1 방사 패턴의 외부에 배치되는 제2 방사 패턴;
    상기 제1 관통 홀을 관통하고, 상기 제1 방사 패턴의 외주를 따라 배치되되 상기 제1 방사 패턴과 이격되어 상기 제1 방사 패턴과 중첩되지 않도록 배치된 제1 자석 어레이; 및
    상기 제1 자석 어레이와 이격되어 상기 제2 관통 홀을 관통하고, 상기 제1 방사 패턴의 외주를 따라 배치되되 상기 제1 방사 패턴과 이격되어 상기 제1 방사 패턴과 중첩되지 않도록 배치된 제2 자석 어레이를 포함하고,
    상기 차폐 시트에는,
    상기 제1 자석 어레이와 중첩되는 영역에 형성된 제1 중첩 방지 홀;
    상기 제2 자석 어레이와 중첩되는 영역에 형성된 제2 중첩 방지 홀,
    상기 제1 자석 어레이, 상기 방열 시트 및 상기 제1 중첩 방지 홀의 내벽면으로 둘러싸여 형성되고, 상기 제1 자석 어레이를 상기 방열 시트와 이격시키는 제1 공극; 및
    상기 제2 자석 어레이, 상기 방열 시트 및 상기 제2 중첩 방지 홀의 내벽면으로 둘러싸여 형성되고, 상기 제2 자석 어레이를 상기 방열 시트와 이격시키는 제2 공극이 형성된 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석 어레이 및 상기 제2 자석 어레이는 상기 제1 방사 패턴의 외주를 따라 환호 형상으로 배열된 복수의 자석 유닛을 포함하고,
    상기 자석 유닛은,
    상기 제1 방사 패턴의 외주와 이격되도록 배치된 S극 영구 자석; 및
    상기 제1 방사 패턴의 외주와 상기 S극 영구 자석 사이에 배치된 N극 영구 자석을 포함하는 안테나 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 패턴은
    상기 베이스 시트의 제1면에 형성된 상부 방사 패턴; 및
    상기 베이스 시트의 제2면에 형성되고, 상기 베이스 시트를 관통하는 비아 홀을 통해 상기 상부 방사 패턴과 연결된 하부 방사 패턴을 포함하고,
    상기 상부 방사 패턴은 상기 진입 경로 및 상기 진출 경로를 갖는 루프 형상으로 형성된 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석 어레이 및 상기 제2 자석 어레이는 양단이 서로 마주하도록 배치되고, 서로 이격되어 상기 제2 방사 패턴의 진입 경로 및 진출 경로를 형성하는 안테나 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석 어레이는 상기 안테나 시트를 관통하여 상기 제1 중첩 방지 홀에 수용되고, 상기 제2 자석 어레이는 상기 안테나 시트를 관통하여 상기 제2 중첩 방지 홀에 수용된 안테나 모듈.
  8. 삭제
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