KR20140081354A - 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents
무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 자성 입자를 포함하며, 일면에 코일 패턴에 대응하는 형상의 홈부를 구비한 자성체 시트; 및 상기 홈부에 배치되는 코일; 을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 무선 충전 부품의 두께를 줄이고 충천 효율을 향상시킬 수 있는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자기 유도 방식의 무선 충전의 원리는 무선 충전 모듈에서 교류 전류에 의해 유도된 자기장이 스마트폰과 같은 통신 기기의 내부에 삽입된 코일에 유도 기전력을 발생시키고, 이를 이차전지에 충전하는 시스템을 갖는다.
무선 충전은 패러데이 법칙에 따라 시간당 변화하는 자속의 흐름의 변화량에 따라서 충전 효율이 결정된다.
일반적인 모바일 장비에서 무선 충전 모듈을 장착하는 공간이 배터리 근방이 되고 있으며, 이로 인하여 배터리에 의한 무선 충전 시스템의 효율을 감소시키는 문제가 있다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 자성체 시트를 사용할 경우 상기 배터리에 의한 무선 충전 시스템의 효율 감소를 막을 수 있다.
무선 충전에 관한 종래의 방식은 송신부와 수신부로 구성된 시스템에서 전자기 유도 방식으로 충전이 이루어지며, 수신부는 서로 분리된 코일과 자성체 시트를 포함하고, 상기 코일과 자성체 시트는 접착제 층으로 접착된다.
그러나 상기 접착제 층으로 인해 무선 충전 부품의 두께가 두꺼워 지게 되고 공간 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이로 인하여, 무선 충전 부품의 두께 감소 및 충전 효율 향상을 위해 상기 자성체 시트의 개선을 위한 요구는 계속되는 실정이다.
하기 선행기술에 기재된 특허문헌 1은 자성체 시트, 접착제 층 및 코일을 포함하는 무선 충전용 시트에 대해 개시하고 있으나, 본 발명과 같이 시트 상에 홈부를 형성하는 구조는 개시하고 있지 않다.
본 발명은 무선 충전 부품의 두께를 줄이고 충천 효율을 향상시킬 수 있는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태는 자성 입자를 포함하며, 일면에 코일 패턴에 대응하는 형상의 홈부를 구비한 자성체 시트; 및 상기 홈부에 배치되는 코일; 을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈을 제공한다.
상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 자성체 시트의 두께는 0.25mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 코일 패턴은 2 이상의 회전수를 갖는 와선 형상일 수 있다.
상기 자성 입자는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 분말 및 금속 플레이크(flake)는 철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페라이트는 니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 자성 분말을 포함하는 페이스트를 이용하여 그린 시트를 마련하는 단계; 상기 그린 시트에 코일 패턴에 대응하는 형상의 홈부를 형성하는 단계; 상기 그린 시트를 소결하여 자성체 시트를 형성하는 단계; 및 상기 홈부 내에 도금 공정에 의해 코일을 형성하는 단계; 를 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법을 제공한다.
상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 자성체 시트의 두께는 0.25mm 내지 0.5mm 이하일 수 있다.
상기 코일 패턴은 2 이상의 회전수를 갖는 와선 형상일 수 있다.
상기 자성 입자는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 분말 및 금속 플레이크(flake)는 철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페라이트는 니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn)을 포함할 수 있다.
본 발명은 무선 충전 부품의 두께를 줄이고 충천 효율을 향상시킬 수 있는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법에 관한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈과 비교예의 전자기 유도 모듈의 두께에 따른 무선 충전 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 부품에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법에 관한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈과 비교예의 전자기 유도 모듈의 두께에 따른 무선 충전 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 부품에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.
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.
한편, 본 실시예를 설명함에 있어, 무선 충전 부품은 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치와, 전력을 수신하여 저장하는 무선 전력 수신 장치를 포괄적으로 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태는 홈부(30)를 구비한 자성체 시트(10) 및 상기 홈부(30)에 배치되는 코일(20)을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)을 제공한다.
상기 자성체 시트(10)는 자성 입자를 포함할 수 있으며, 상기 자성 입자는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 분말 및 금속 플레이크(flake)는 이에 제한되는 것은 아니나 철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페라이트는 니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn) 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 홈부(30)는 코일(20)이 배치되는 공간으로 코일(20) 패턴에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
자성체 시트(10)와 코일(20)이 분리되어 접착층에 의해 결합되는 종래 방식과 달리, 본 발명은 자성체 시트(10)에 직접 코일(20)을 형성하여 무선 충전 부품의 두께를 감소 시킬 수 있다.
나아가 자성체 시트(10)에 홈부(30)를 형성하고 홈부(30) 내부에 코일(20)을 배치함으로써, 자성체 시트(10) 상에 홈부(30)를 형성하지 않고 코일(20)을 배치하는 방법에 비해 무선 충전 효율이 향상될 수 있다.
두께가 동일하도록 제조 시 자성체 시트(10)에 홈부(30)를 형성하고 상기 홈부(30)에 코일(20)을 배치하는 경우가, 자성체 시트(10)에 홈부(30)를 형성하지 않고 코일(20)을 배치하는 경우에 비하여 전체 두께 중 자성체 시트(10)가 차지하는 두께의 비율이 증가하기 때문이다.
본 발명의 일 실시 형태에서 상기 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)과 비교예의 전자기 유도 모듈의 두께에 따른 무선 충전 효율을 나타내는 그래프이다.
상기 전자기 유도 모듈(1)의 두께가 0.5mm 이하인 경우 무선 충전 부품의 일 구성으로서 상용성을 확보할 수 있으며, 0.5mm를 초과하는 경우 홈부를 형성하지 않고 자성체 시트 상에 코일을 따로 형성한 경우(도 4의 비교예)와 충전효율의 차이가 거의 없게 된다. 또한 전자기 유도기 유도 모듈(1)의 두께가 0.1mm 미만인 경우 자기장 흡수의 효과가 낮아 충전효율이 50% 미만이 되어 무선 충전 부품으로 충분한 기능을 하지 못하며 자성체 시트와 코일을 따로 형성한 경우(도 4의 비교예)와 충전효율에 있어 큰 차이를 나타내지 않는다.
나아가 도 4에 나타난 바와 같이 상기 전자기 유도 모듈(1)의 두께가 0.25mm인 지점을 경계로 충전효율의 증가 폭이 감소하는 점을 알수 있다. 즉, 0.25mm 미만에서는 전자기 유도 모듈 중 코일에 대한 자성체 시트의 두께 비율이 급격하게 증가하므로 충전효율이 가파르게 증가하다가 0.25mm 이상에서는 코일에 대한 자성체 시트의 두께 비율이 일정 수준 확보되어 전자기 유도 모듈의 두께가 증가하여도 충전효율이 완만하게 증가한다.
따라서 상기 전자기 유도 모듈(1)의 두께는 자성체 시트 상에 홈부를 형성하고 상기 홈부에 코일을 형성한 본 발명의 효과가 가장 두드러지게 나타나는 0.25mm 내지 0.5mm인 것이 바람직하다.
그린 시트의 홈부(30)에 코일(20)이 형성되므로 코일(20)에 의한 별도의 두께가 발생하지 않는다. 따라서 상기 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)과 상기 자성체 시트(10)의 두께가 동일할 수 있으며, 상기 자성체 시트(10)의 두께가 0.5mm 이하일 수 있다.
상기 코일(20) 패턴은 이에 제한되는 것은 아니나, 2 이상의 회전수를 갖는 와선 형상일 수 있다. 상기 와선 형상은 원형 또는 사각형 등을 사용할 수 있으며, 무선 충전을 위한 코일(20)로 사용되기 위한 패턴은 다른 형태로 변형될 수 있다.
상기 코일(20)의 내부에는 자로가 형성되어 입력되는 전류에 의한 유도 자기장을 송신하거나 유도 자기장을 수신하여 유도 전류를 발생시켜 무선(무접점) 전력 송신을 가능하게 할 수 있다.
일반적으로 상기 자성체 시트(10)가 무선 충전 부품에 적용되는 경우 평면, 곡면 또는 울퉁불퉁한 표면에서 접착 또는 박리가 되풀이되는 것이 가능할 것이 요구된다. 따라서 상기 자성체 시트(10)를 하프-커팅(half-cutting)하여 자성체 시트(10)에 유연성을 부여할 수 있다.
하프-커팅 공정은 그린 시트에 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 그루브를 형성하는 것으로, 상기 하프-커팅은 시트의 평면 상에서 매트릭스 패턴 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 다만 이에 한정되지 않고 다른 패턴 형태로 변형될 수 있다.
상기 그루브는 U형 그루브 및 V형 그루브일 수 있으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)의 제조방법에 관한 공정도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시형태는 자성 입자를 포함하는 페이스트를 이용하여 그린 시트를 마련하는 단계; 상기 그린 시트에 코일(20) 패턴에 대응하는 형상의 홈부(30)를 형성하는 단계; 상기 그린 시트를 소결하여 자성체 시트(10)를 형성하는 단계; 및 상기 홈부(30) 내에 도금 공정에 의해 코일(20)을 형성하는 단계; 를 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)의 제조방법을 제공한다.
한편 상기 그린 시트는 목적하는 특성을 이루기 위한 조성의 자성 입자를 바인더 및 성형을 위한 용매와 혼합한 후 테이프 캐스팅 공정, 닥터 블레이드 법 등을 이용하여 시트 형태로 제조할 수 있다. 그러나 그린시트의 제조 방법이 이에만 한정되는 것은 아니고 자성 입자를 소결하기 위한 핸들링이 가능한 방법이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.
그린 시트 형성을 위한 페이스트는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 중 하나 이상을 포함하는 적절한 조성의 자성 입자를 바인더 수지와 혼합하고, 점도 조절을 위해 휘발성 용매를 첨가하여 마련할 수 있다.
상기 휘발성 용매는 이에 제한되는 것은 아니나 톨루엔, 알코올 또는 메틸에틸케톤(MEK,Methyl Ethyl Ketone) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 바인더는 물유리, 폴리이미드, 폴리아미드, 실리콘, 페놀 수지 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 페이스트는 절연특성이 필요한 경우 세라믹 분말을 첨가할 수 있으며, 상기 세라믹 분말은 카올린, 활석 등을 포함할 수 있으며 전기 절연 특성이 있는 것이라면 한정되지 않고 사용될 수 있다.
상기 페이스트를 0.1mm 내지 0.5mm로 도포하고 건조하여 그린 시트를 형성한다.
레이저 식각 등의 방식으로 상기 그린 시트에 코일(20) 배치를 위한 홈부(30)가 형성될 수 있으며 그린 시트를 소결하여 자성체 시트(10)를 형성할 수 있다.
상기 홈부(30)에는 도금 공정에 의해 코일(20)이 배치된다.
설명의 중복을 피하기 위하여, 상기 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법에 관한 설명 중 상술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈(1)과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 부품에 대해 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 무선 충전 부품은 무선 충전 송신부(100)와 무선 충전 수신부(200)로 구성된다. 상기 무선 충전 송신부(100)와 상기 무선 충전 수신부(200)는 각각 자성 입자를 포함하고 일면에 코일(20) 패턴에 대응하는 형상의 홈부(30)를 구비한 자성체 시트(10) 및 상기 홈부(30)에 배치되는 코일(20)을 포함하는 전자기 유도 모듈(1)을 포함할 수 있다.
교류 전압이 무선 충전 송신부(100)의 코일(20)에 인가되면 코일(20) 주변의 자기장이 변화하고 이에 따라 무선 충전 송신부(100)와 인접하게 배치되는 무선 충전 수신부(200)의 코일(20) 주변의 자기장이 변화하게 된다.
이러한 수신부 코일(20)의 자기장 변화에 따라 무선 충전 수신부(200)의 코일(20)은 전압을 송출할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1 : 전자기 유도 모듈
2 : 송신부 케이스
3 : 수신부 케이스
10 : 자성체 시트
20 : 코일
30 : 홈부
100 : 무선 충전 송신부
200 : 무선 충전 수신부
2 : 송신부 케이스
3 : 수신부 케이스
10 : 자성체 시트
20 : 코일
30 : 홈부
100 : 무선 충전 송신부
200 : 무선 충전 수신부
Claims (14)
- 자성 입자를 포함하며, 일면에 코일 패턴에 대응하는 형상의 홈부를 구비한 자성체 시트; 및
상기 홈부에 배치되는 코일;
을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm인 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 자성체 시트의 두께는 0.25mm 내지 0.5mm인 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 코일 패턴은 2 이상의 회전수를 갖는 와선 형상인 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 자성 입자는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 중 하나 이상을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 제4항에 있어서,
상기 금속 분말 및 금속 플레이크(flake)는 철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 제4항에 있어서,
상기 페라이트는 니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn)을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈.
- 자성 분말을 포함하는 페이스트를 이용하여 그린 시트를 마련하는 단계;
상기 그린 시트에 코일 패턴에 대응하는 형상의 홈부를 형성하는 단계;
상기 그린 시트를 소결하여 자성체 시트를 형성하는 단계; 및
상기 홈부 내에 도금 공정에 의해 코일을 형성하는 단계;
를 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 자성체 시트의 두께는 0.1mm 내지 0.5mm인 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 자성체 시트의 두께는 0.25mm 내지 0.5mm인 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 코일 패턴은 2 이상의 회전수를 갖는 와선 형상인 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 자성 입자는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 중 하나 이상을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 금속 분말 및 금속 플레이크(flake)는 철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 페라이트는 니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn)을 포함하는 무선 충전 부품용 전자기 유도 모듈의 제조방법.
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