KR20140067660A - 무접점 전력 전송 장치의 자성체 시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성체 시트 및 이를 포함하는 무접점 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자성체 시트는 페라이트 시트; 상기 페라이트 시트 상부에 형성된 고분자 수지 및 금속 분말을 포함하는 금속 시트; 및 상기 페라이트 시트와 상기 금속 시트 사이에 삽입된 접착 필름; 을 포함할 수 있다.

Description

무접점 전력 전송 장치의 자성체 시트{MAGNETIC SHEET OF CONTACTLESS POWER TRANSMISSION DEVICE}
본 발명은 전자 유도를 이용하여 무선으로 전력 전송을 행할 수 있는 무접점 전력 전송 장치의 자성체 시트에 관한 것이다.
근래에 휴대 단말기 등에 내장되는 2차 전지를 충전하기 위해, 전력을 무접점으로 전송하는 시스템이 연구되고 있다.
일반적으로 무접점 전력 전송 장치는 전력을 전송하는 무접점 전력 송신 장치와 전력을 수신하여 저장하는 무접점 전력 수신 장치를 포함한다.
이러한 무접점 전력 전송 장치는 전자 유도를 이용하여 전력을 송수신하게 되며, 이를 위해, 각각의 내부에는 코일이 구비된다.
회로부와 코일부로 구성된 무접점 전력 수신 장치의 경우 휴대폰 케이스 혹은 크래들(cradle) 형태의 추가 악세사리 기구물에 부착되어 그 기능을 발현하게 된다.
무접점 전력 전송 장치의 작동 원리에 대해 살펴보면, 무접점 전력 송신 장치의 전원부에서 외부로부터 공급되는 가정용 교류 전원이 입력된다.
입력된 가정용 교류 전원은 전원 변환부에서 직류 전원으로 변환된 뒤, 다시 특정 주파수의 교류 전압으로 변환하여 무접점 송신 장치에 제공한다.
교류 전압이 무접점 전력 송신 장치의 코일부에 인가되면, 코일부 주변의 자기장이 변화된다.
무접점 전력 송신 장치와 인접하게 배치되는 무접점 전력 수신 장치의 코일부의 자기장이 변화함에 따라, 무접점 전력 수신장치의 코일부는 전원을 출력하여 2차 전지를 충전한다.
이러한 무접점 전력 전송 장치는 통신 거리 증대를 위해 RF 안테나와 금속 배터리 사이에 자성체 시트를 위치시킨다.
자성체 시트는 무접점 전력 전송 장치의 EMI 대책용 또는 방열 대책용 등으로서 고투자율을 가지는 페라이트 시트가 이용되지만, 페라이트 시트는 낮은 탄성계수로 인해, 충격이나 기계적 응력을 받는 경우 균열이나 페라이트 가루 떨어짐이 나타나는 문제점이 있다.
페라이트 시트에 충격이나 기계적 응력으로 인해 균열이나 페라이트 가루 떨어짐이 발생하는 경우, 자기 특성이 약화되어 투자율이 떨어지고 EMI를 감소시키는 특성이 저하된다.
페라이트 시트를 제품에 상용하기 위해서는 평면, 곡면, 또는 울퉁불퉁한 표면에 따라 접착, 박리를 되풀이하는 것이 가능하고, 페라이트 가루 떨어짐이 없는 고투자율의 페라이트 시트가 되어야 한다.
종래의 경우, 페라이트 시트의 소결 전에 적어도 1개의 연속되는 U형 또는 V형 그루브를 가지게 하여, 소결 후 접착 필름과 PET 필름 사이에 페라이트 기판을 적층하여 유연한 페라이트 기판을 제조한다. 이처럼 페라이트 시트만을 이용하여 무접점 전력 전송 장치를 만드는 경우, 유선으로 전력을 전송하는 것에 비해 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
따라서 무접점 전력 수신 장치의 상용화를 위해 무접점 전력 전송 장치의 효율이 유선 전력 전송 장치의 효율의 70% 이상이 되는 무접점 전력 전송 장치의 개발이 필요한 실정이다.
또한, 무접점 전력 수신 장치에서 전력 수신 시에 발생하는 열이 배터리 또는 전자기기로 흘러 들어가는 문제가 있다.
이에 따라 배터리 또는 전자 기기에 열로 인한 손상이 발생할 수 있으므로, 이러한 전력 수신 시에 발생하는 열이 배터리 또는 전자기기로 흘러가지 않도록 하는 무접점 전력 수신 장치가 필요하다.
하기 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은, 페라이트 및 폴리머를 포함하는 혼합물로 형성된 전자파 방지 시트를 개시하고 있으나, 본원 발명과 같은 페라이트 시트와 금속 시트의 이중 구조는 개시하고 있지 않다.
한국공개특허 제2009-0034651호 공보
본 발명은 무접점 전력 전송 장치의 효율 증대와 방열 특성의 증대 및 유연성 확보를 위해 페라이트 시트와 고분자 수지와 금속 분말을 포함하는 금속 시트를 접착 필름으로 부착한 자성체 시트 및 이를 구비하는 무접점 전력 전송 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 자성체 시트는 페라이트 시트; 상기 페라이트 시트 상부에 형성된 고분자 수지 및 금속 분말을 포함하는 금속 시트; 및 상기 페라이트 시트와 상기 금속 시트 사이에 삽입된 접착 필름; 을 포함하는 자성체 시트를 포함할 수 있다.
상기 페라이트 시트는 NiZnCu 또는 MnZn 일 수 있다.
상기 금속 분말은 철, 알루미늄, 실리콘, 코발트 및 아연 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 금속 분말은 샌더스트(Fe-Si-Al alloy) 계열, 퍼멀로이(Permally) 계열, 및 비정질 계열 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 고분자 수지는 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 천연 고무, 나이트릴-부타디엔(Nitrile Butadiene Rubber), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride), 폴리이미드(Polyimide) 계열 및 폴리에스테르(Polyester) 계열의 수지 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 무접점 전력 전송 장치는, 무접점 전력 송신 장치에서 발생된 유도 자기장을 받아 전원을 발생시키는 코일부; 상기 코일부의 상부에 위치하며, 페라이트 시트, 상기 페라이트 시트 상부에 배치되며, 고분자 수지 및 금속 분말을 포함하는 금속 시트, 및 상기 페라이트 시트와 상기 금속 시트 사이에 삽입된 접착 필름으로 구성된 자성체 시트를 포함하는 쉴드부; 및 상기 코일부에서 발생한 전원을 출력하며, 상기 쉴드부의 상부에 위치하는 전원 출력부; 를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
상기 전원 출력부는 충, 방전할 수 있는 2차 전지를 포함할 수 있다.
상기 페라이트는 NiZnCu 또는 MnZn 일 수 있다.
상기 금속 분말은 철, 알루미늄, 실리콘, 코발트 및 아연 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 금속 분말은 샌더스트(Fe-Si-Al alloy) 계열, 퍼멀로이(Permally) 계열, 및 비정질 계열 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 고분자 수지는 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 천연 고무, 나이트릴-부타디엔(Nitrile Butadiene Rubber), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride), 폴리이미드(Polyimide) 계열 및 폴리에스테르(Polyester) 계열의 수지 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm 일 수 있다.
본 발명에 따르면 자성체 시트를 구성하고 있는 페라이트 시트와 금속 시트가 서로 다른 가용 주파수 범위를 가지므로, 무접점 전력 전송을 함과 동시에 근거리 통신(NFC, Near Field Communication)이 가능하다.
또한, 금속 시트의 고분자 성분이 충전 시에 발생될 수 있는 열을 주변으로 확산시켜 발열문제를 감소시킬 수 있다.
또한, 고분자 수지와 금속 분말로 이루어진 금속시트는 페라이트 시트의 경성을 감소시키므로, 자성체 시트의 유연성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자성체 시트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 자성체 시트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 무접점 전력 전송 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 무접점 전력 전송 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 자성체 시트의 제작 공정을 도시한 순서도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다.
또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
마찬가지로의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 본 실시예를 설명함에 있어, 무접점 전력 전송 장치는 전력을 전송하는 무접점 전력 송신 장치와, 전력을 수신하여 저장하는 무접점 전력 수신 장치를 포괄적으로 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 자성체 시트(10)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 자성체 시트(10)의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 자성체 시트(10)은 페라이트 시트(11), 금속 시트(12), 및 상기 페라이트 시트(11)와 금속 시트(12)를 부착하는 접착 필름(13)을 포함할 수 있다.
상기 페라이트 시트(11)의 재질은 페라이트 연자성체일 수 있으며, 바람직하게는 NiZnCu 또는 MnZn 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 시트(12)는 고분자 수지 및 금속 분말을 포함할 수 있다.
금속 시트(12)의 금속 분말은 철, 알루미늄, 실리콘, 코발트 및 아연 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속 시트(12)의 금속 분말은 샌더스트(Fe-Si-Al alloy) 계열, 퍼멀로이(Permally) 계열, 및 비정질 계열 중 적어도 하나일 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 시트(12)에 포함된 금속 분말은 상기 페라이트 시트(11)와 서로 다른 주파수 영역대의 신호를 수신할 수 있는 재질일 수 있으며, 이 경우 무접점 전력 전송과 근거리 통신(NFC, Near Field Communication)을 동시에 가능하게 한다.
상기 금속 시트(12)에 포함된 고분자 수지는 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 천연 고무, 나이트릴-부타디엔(Nitrile Butadiene Rubber), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride), 폴리이미드(Polyimide) 계열 및 폴리에스테르(Polyester) 계열의 수지 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 시트(12)에 포함된 고분자 수지는 충전 시에 야기될 수 있는 배터리나 전자기기 방향으로의 열을 주변으로 확산시켜주는 역할을 하여, 금속 시트(12)의 방열 특성을 개선하는 기능을 한다.
또한, 상기 금속 시트(12)에 포함된 상기 고분자 수지는 상기 페라이트 시트(11)의 경성을 감소시켜, 상기 자성체 시트(10)의 유연성이 향상시키는 기능을 한다.
상기 접착 시트(13)은 상기 페라이트 시트(11)과 상기 자성체 시트(12)를 서로 떨어지지 않도록 부착시켜주는 기능을 하며, 무접점 전력 전송 시에 발생하는 열을 방출하는 열경로를 제공하는 기능을 한다.
상기 접착 시트(13)는 열전도성이 좋은 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 에폭시일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자성체 시트(10)의 상기 페라이트 시트(11) 및 상기 금속 시트(12)는 적어도 1개 이상일 수 있다.
상기 자성체 시트(10)의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm 일 수 있다.
상기 자성체 시트(10)의 두께가 0.1mm 이상인 경우에 무접점 전력 전송 장치의 효율이 현저히 증가하게 되며, 0.5mm 이하인 경우에 무접점 전력 전송 장치의 일 구성으로서 상용성을 확보할 수 있다.
아래 표 1은 자성체 시트의 두께에 따른 무접점 전력 전송 장치의 효율을 나타내고 있다.
두께(mm) 효율(%)
0.04 5%
0.09 9.5%
0.1 52.3%
0.2 62.5%
0.3 68.9%
0.4 70.2%
0.5 70.8%
0.51 72.3%
0.6 74.0%
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 자성체 시트(10)의 두께가 0.1mm 미만인 경우에는 무접점 전력 전송 장치의 효율이 현저히 낮아지며, 0.5mm 초과인 경우에는 무접점 전력 장치에 전체 두께가 두꺼워져 상용성이 떨어지게 된다.
도 3는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 무접점 전력 전송 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 무접점 전력 전송 장치의 단면도이다.
도 3 및 4를 참조하면 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 무접점 전력 전송 장치는 무접점 전력 송신 장치에서 발생된 유도 자기장을 받아 전원을 발생시키는 코일부(220); 상기 코일부(220)의 상부에 위치하며, 페라이트 시트(11), 고분자 수지 및 금속 분말을 포함하는 금속 시트(12), 및 상기 페라이트 시트와 상기 금속 시트 사이에 삽입된 접착 필름(13)으로 구성된 자성체 시트(10)를 포함하는 쉴드부(210); 및 상기 코일부(220)에서 발생한 전원을 출력하며, 상기 쉴드부의 상부에 위치하는 전원 출력부(230); 를 포함할 수 있다.
상기 전원 출력부(230)는 충, 방전이 가능한 2차 전지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Li-ion 2차 전지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코일부(220)는 배선 패턴 형태로 형성되어 한 개의 코일이 연결되거나 다수의 코일 가닥이 병렬로 연결되어 하나의 코일 패턴을 형성할 수 있다.
상기 코일부(220)는 내부에 자로가 형성될 수 있다.
상기 코일부(220)는 권선 형태로 제작되거나 유연성 필름 형태로 제작될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코일부(220)는 입력되는 전원을 유도 자기장을 이용하여 송신하거나, 유도 자기장을 수신하여 전원을 출력할 수 있게 하여 무접점 전력 송신을 가능케 할 수 있다.
상기 쉴드부(210)는 상기 코일부(220)에서 발생하는 자기장을 받는 역할을 하여 상기 코일부(220)의 인덕턴스를 상승시키는 기능을 가진다.
또한 상기 쉴드부(210)는 상기 무접점 전력 전송 장치의 송신부와 수신부가 일정 거리 떨어져 있어도 전력 전송이 가능하게 하는 기능을 가진다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 자성체 시트(10)의 제조 공정을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면 자성체 시트를 제조하는 공정은 페라이트 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 이용하여 페라이트 시트(11)를 마련하는 단계(S410); 별도로 고분자 수지 및 금속 분말을 혼합하여 금속 시트(12)를 마련하는 단계(S420); 페라이트 시트(11)와 금속 시트(12)를 접착 필름(13)을 이용하여 적층하는 단계(S430)로 이루어질 수 있다.
아래 표 2는 무접점 전력 수신 장치(200)의 전원 출력부(230)에 2차 전지를 연결한 뒤, 무접점 전력 전송 장치를 이용해 상기 2차 전지를 충전하여 충전 효율을 측정한 실험예를 나타낸다.
전압 전류 효율
실시예 1 19 0.259 71%
실시예 2 19 0.262 70%
비교예 1 19 0.272 67%
비교예 2 19 0.266 69%
비교예 3 19 0.266 69%
비교예 4 19 0.272 67%
표 2은 본 발명에 따른 자성체 시트를 제작하여 유선 전력 전송 장치와 효율을 측정한 것이다.
실시예 1, 2는 본 발명에 따른 자성체 시트를 이용한 무접점 전력 전송 장치이다.
비교예 1, 2는 자성체 시트를 금속만으로 제작한 무접점 전력 전송 장치이다.
비교예 3, 4는 자성체 시트를 페라이트만으로 제작한 무접점 전력 전송 장치이다.
표 2에 따르면 본 발명의 자성체 시트의 효율이 70% 이상으로서 금속만을 이용한 자성체 시트(비교예 1, 2)나 페라이트만을 이용한 자성체 시트(비교예 3, 4)에 비해 높은 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 자성체 시트 및 이를 포함하는 무접점 전력 전송 장치는 전술한 실시 형태들에 한정되지 않으며, 다양한 응용이 가능하다.
예를 들어 도 3 및 도 4에서 자성체 시트(10)의 페라이트 시트(11)의 일면이 코일부(220)에 접하도록 도시되었으나, 이와 달리 금속 시트(12)의 일면이 코일부(220)에 접하도록 형성될 수 있다.
나아가, 도 3 및 도 4에서 무접점 전력 송신 장치에 대해서만 도시하였지만, 본 발명의 자성체 시트(10)는 무접점 전력 수신 장치에 적용하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 실시 형태들에서는 무접점 전력 전송 장치를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 전력을 충전하여 이용할 수 있는 모든 전자 장치와, 전력을 전송할 수 있는 모든 전력 전송 장치에 폭넓게 적용될 수 있다.
10 : 자성체 시트
11 : 페라이트 시트
12 : 금속 시트
13 : 접착 필름
200 : 무접점 전력 수신 장치
210 : 1차 쉴드부
220 : 1차 코일부
230 : 전원 출력부

Claims (13)

  1. 페라이트 시트;
    상기 페라이트 시트 상부에 배치되어 상기 페라이트 시트의 변형 시 유연하게 하며, 고분자 수지 및 금속 분말을 포함하는 금속 시트; 및
    상기 페라이트 시트와 상기 금속 시트 사이에 삽입된 접착 필름; 을 포함하는 자성체 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트는 NiZnCu 또는 MnZn를 포함하는 자성체 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분말은 철, 알루미늄, 실리콘, 코발트 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는 자성체 시트..
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분말은 샌더스트(Fe-Si-Al alloy) 계열, 퍼멀로이(Permally) 계열, 및 비정질 계열의 고투자율 재료 중 적어도 하나를 포함하는 자성체 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 천연 고무, 나이트릴-부타디엔(Nitrile Butadiene Rubber), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride), 폴리이미드(Polyimide) 계열 및 폴리에스테르(Polyester) 계열의 수지 중 적어도 하나를 포함하는 자성체 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm인 자성체 시트.
  7. 무접점 전력 송신 장치에서 발생된 유도 자기장을 받아 전원을 발생시키는 코일부;
    상기 코일부의 상부에 위치하며, 페라이트 시트, 상기 페라이트 시트 상부에 배치되며, 고분자 수지 및 금속 분말을 포함하는 금속 시트, 및 상기 페라이트 시트와 상기 금속 시트 사이에 삽입된 접착 필름으로 구성된 자성체 시트를 포함하는 쉴드부; 및
    상기 코일부에서 발생한 전원을 출력하며, 상기 쉴드부의 상부에 위치하는 전원 출력부; 를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원 출력부는 충, 방전이 가능한 2차 전지를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 NiZnCu 또는 MnZn 인 자성체 시트를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 금속 분말은 철, 알루미늄, 실리콘, 코발트 및 아연 중 적어도 하나인 자성체 시트를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 금속 분말은 샌더스트(Fe-Si-Al alloy) 계열, 퍼멀로이(Permally) 계열, 및 비정질 계열의 고투자율 재료 중 적어도 하나인 자성체 시트를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 염소화 폴리에틸렌(Chlorinated PolyEthylene), 폴리프로필렌(PolyPropylene), 천연 고무, 나이트릴-부타디엔(Nitrile Butadiene Rubber), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride), 폴리이미드(Polyimide) 계열 및 폴리에스테르(Polyester) 계열의 수지 중 적어도 하나인 자성체 시트를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 자성체 시트의 두께는 0.1 mm 내지 0.5 mm인 자성체 시트를 포함하는 무접점 전력 전송 장치.
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