KR20150084213A - Soft magnetic sheet for antenna of receiving part in wireless power supply system - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, the present invention relates to a soft magnetic sheet for an antenna of a power receiving unit in a wireless power supply system where two or more layers of soft magnetic metal ribbons are stacked. The present invention has an insulation layer between the soft magnetic ribbon layers, and a magnetic shield is processed on a side surface of the soft magnetic sheet to form a closed magnetic circuit to minimize a loss of magnetic flux in a thickness direction of the soft magnetic sheet to improve a power transmission effect. Moreover, microcracks and a slit are formed on the soft magnetic ribbon in a wireless power supply system in order to increase a specific resistance to increase a frequency until a near field communications band, and efficiently use permeability in accordance with the direction of the magnetic flux as the soft magnetic ribbons are alternately stacked in order to increase power transmission efficiency.

Description

무선전력시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트{SOFT MAGNETIC SHEET FOR ANTENNA OF RECEIVING PART IN WIRELESS POWER SUPPLY SYSTEM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a soft magnetic sheet for a power receiving unit antenna of a wireless power system,

본 발명의 실시예는 무선전력시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트에 관한 것이다.
An embodiment of the present invention relates to a soft magnetic sheet for a power receiving antenna of a wireless power system.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. In the 1800s, electric motors and transformers using electromagnetic induction principles began to be used, and then radio waves and lasers were used to transmit the electric energy to the desired devices wirelessly. A method of transmitting electrical energy by radiating the same electromagnetic wave has also been attempted. Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction.

전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 단순하게는 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하면서 송신 안테나 주변에 발생되는 전자기 에너지를 수신 안테나로 받아서 전기에너지로 다시 변환시키는 원리이다. 송신 안테나와 수신 안테나는 가까운 거리에서 서로 어긋나지 않게 마주보고 있을 때, 가장 높은 전력송신율을 보이게 된다. 이 때, 연자성 소재가 사용되는 이유는 주변으로 방사되는 전자기 에너지를 수신 안테나 방향으로 집속시키기 위함이며, 그 결과 수신 안테나가 더 많은 에너지를 받을 수 있게 된다. 전력 수신부는 스마트폰 등에 포함되므로 얇은 두께가 요구되며 소형화 및 박형화를 위해, 시트 형태의 연자성 소재가 사용된다. 연자성 시트는 이면에 대한 실드재(shielding member)로서도 사용되고 있다. 충분한 실드 효과를 얻기 위해서는 투자율이 크고, 면적 및 두께가 클수록 보다 유효한 실드 효과를 얻을 수 있다. Electromagnetic induction is a phenomenon in which a voltage is induced and a current flows when a magnetic field is changed around a conductor. The principle of simply receiving the electromagnetic energy generated around the transmitting antenna while applying the electric energy to the transmitting antenna is converted into the electric energy by receiving the receiving antenna. The transmit and receive antennas show the highest power transmission rates when facing each other at close distances. In this case, the soft magnetic material is used for focusing the electromagnetic energy radiated to the surroundings toward the receiving antenna, so that the receiving antenna can receive more energy. Since the power receiver is included in a smart phone or the like, a thin thickness is required, and a sheet-shaped soft magnetic material is used for miniaturization and thinning. The soft magnetic sheet is also used as a shielding member for the back surface. In order to obtain a sufficient shielding effect, the permeability is large, and as the area and thickness increase, a more effective shielding effect can be obtained.

이러한 연자성 시트로는 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트등의 자성체를 사용하는 것이 일반적이다. 자기장 차폐 및 부가 기능 성능 향상을 위한 자기장 집속 효과는 자기 투자율이 높은 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트 순으로 좋다. As such a soft magnetic sheet, a magnetic material such as an amorphous ribbon, a ferrite, or a polymer sheet containing magnetic powder is generally used. The magnetic field focusing effect for enhancing magnetic shielding and additional function is good in the order of amorphous ribbon having high magnetic permeability, ferrite, and polymer sheet containing magnetic powder.

전력 송신부의 센터에는 자기유도나 자기공진의 기능의 구현과는 무관하게 영구자석이 포함되어 있다. 영구자석이 설치된 이유는 송신 안테나와 수신 안테나의 위치를 최적의 위치로 교정하기 위함이다. 즉, 스마트폰을 전력 송신부가 설치된 송신 패드 위에 올려놓을 때, 최적의 위치로 맞추기 위하여 영구자석의 힘으로 스마트폰을 움직이게 되는 것이다. 이 때 스마트폰의 수신안테나의 센터에도 돌출된 형태의 연자성 코어가 포함되기도 한다. 송신안테나의 센터에 영구자석이 위치하게 되면 수신부의 연자성 시트가 영향을 받게 되어 투자율 저하 현상이 일어나게 된다. The center of the power transmission section includes permanent magnets irrespective of the implementation of the functions of magnetic induction and self-resonance. The reason why the permanent magnet is installed is to correct the position of the transmitting antenna and the receiving antenna to the optimum position. That is, when the smart phone is placed on the transmission pad provided with the power transmission unit, the smart phone is moved by the force of the permanent magnet in order to set the optimal position. At this time, the center of the receiving antenna of the smartphone may also include a protruding soft magnetic core. If the permanent magnet is placed at the center of the transmitting antenna, the soft magnetic sheet of the receiving part is affected and the magnetic permeability is lowered.

송신부의 연자성 코어는 두께가 수mm정도로 두껍고 볼륨이 있으므로 영구자석에 인접한 일정부위의 투자율이 낮아지더라도 영향이 심각하지는 않지만, 두께가 0.1mm 내지 0.3mm정도로 얇은 연자성 시트는 평면방향으로 높은 투자율 특성을 보유하게 되므로 인접한 영구자석에 의하여 자화값이 포화되는 현상을 보이게 된다. 그 결과 송신 안테나와 수신 안테나에서의 전자기 에너지 누설을 막아줄 수 없게 되므로 전송효율이 낮아지게 된다.
Since the soft magnetic core of the transmitter is thick and has a thickness of about several millimeters, the magnetic permeability of the certain portion adjacent to the permanent magnet is low. However, the soft magnetic sheet having a thickness of about 0.1 mm to 0.3 mm has a high The magnetization value is saturated due to the adjacent permanent magnet. As a result, electromagnetic energy leakage from the transmission antenna and the reception antenna can not be prevented, and the transmission efficiency is lowered.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 비투자율 10 내지 500,000 사이인 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며, 상기 연자성 시트의 측면에 자기 쉴드 처리가 이루어져 폐자기회로가 형성된 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
The embodiments of the present invention are designed to overcome the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a soft magnetic metal ribbon having a magnetic permeability of 10 to 500,000, The present invention provides a soft magnetic sheet for a power receiving antenna of a wireless power transmission system including an insulating layer on a side surface of a soft magnetic sheet and a magnetic shielding circuit formed on a side surface of the soft magnetic sheet.

상기 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명의 실시예에서는 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 비투자율 10 내지 500,000 사이인 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며, 상기 연자성 시트의 측면에 자기 쉴드 처리가 이루어져 폐자기회로가 형성된 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트를 제공한다.
According to an embodiment of the present invention, two or more soft magnetic metal ribbons having a relative magnetic permeability of 10 to 500,000 and a thickness of 1 to 30 탆 are stacked, and an insulating layer is included between the soft magnetic ribbon layers And a magnetic shielding process is performed on a side surface of the soft magnetic sheet to form a closed magnetic circuit.

실시예에 따르면, 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 비투자율이 10 내지 500,000 사이인 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며, 상기 연자성 시트의 측면에 자기 쉴드 처리가 이루어져 폐자기회로가 형성된 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트를 구현하고, 연자성 시트의 두께방향으로 자속 손실을 최소화하여 전력 전송효과를 높였다. 또한, 무선전력전송 시스템에서 연자성 리본에 미세크랙과 슬릿을 형성함으로써 비저항을 증가시켜 주파수를 100kHz 내지 200kHz에서 NFC(Near field communications) 대역 13.56MHz까지 높이고, 연자성 리본의 교차 적층으로 자속방향에 맞추어 투자율을 효율적으로 사용하게 하여 전력 전송효율을 높일 수 있다.
According to the embodiment, two or more soft magnetic metal ribbons having a relative magnetic permeability of 10 to 500,000 and a thickness of 1 to 30 탆 are stacked, and an insulating layer is included between the soft magnetic ribbon layers, The magnetic shielding process is performed on the power receiving antenna of the wireless power transmission system in which the closed magnetic circuit is formed and the magnetic flux loss in the thickness direction of the soft magnetic sheet is minimized to enhance the power transmission effect. In addition, in the wireless power transmission system, by increasing the specific resistance by forming fine cracks and slits in the soft magnetic ribbon, the frequency is increased from 100 kHz to 200 kHz to the near field communications (NFC) band of 13.56 MHz, Accordingly, it is possible to increase the power transmission efficiency by efficiently using the permeability.

도 1은 본 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트의 모식도이다.
도 2는 종래의 연자성 시트에서의 자속 분포를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 연자성 시트에서의 자속 분포를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 실시예에 따라 연자성 리본 표면에 마이크로 크랙이 형성된 사진이다.
도 5는 본 실시예에 따라 미세크랙을 형성하기 전과 후의 표면 깊이(Skin Depth)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라 연자성 리본에 슬릿이 형성된 모식도이다.
도 7은 본 실시예에 따라 자화용이축이 교차하여 직교하도록 적층한 연자성 시트의 모식도이다.1 is a schematic view of a soft magnetic sheet for a power receiving antenna of a wireless power transmission system according to the present embodiment.
2 is a schematic diagram showing the magnetic flux distribution in the conventional soft magnetic sheet.
3 is a schematic diagram showing the magnetic flux distribution in the soft magnetic sheet according to the present embodiment.
4 is a photograph showing micro-cracks formed on the surface of the soft magnetic ribbon according to this embodiment.
5 is a graph showing the skin depth before and after formation of micro cracks according to the present embodiment.
6 is a schematic view showing a slit formed in the soft magnetic ribbon according to this embodiment.
Fig. 7 is a schematic view of a soft magnetic sheet laminated in such a manner that the magnetization easy axes intersect and perpendicular to each other according to this embodiment.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the embodiments described in the present specification and the constitutions shown in the drawings are only a preferred embodiment of the present invention, and that various equivalents and modifications can be made at the time of filing of the present application . DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid obscuring the subject matter of the present invention. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and the meaning of each term should be interpreted based on the contents throughout this specification. The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a soft magnetic sheet for a power receiving antenna of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연자성 시트(100)는 연자성 금속 리본(10)이 2 층 이상 적층되어 있고, 연자성 리본(10) 층간에 절연층(20)이 포함되어 있다. 1, a soft magnetic sheet 100 according to an embodiment of the present invention includes two or more layers of soft magnetic metal ribbons 10, and an insulating layer 20 is interposed between soft magnetic ribbons 10 .

연자성 리본(10)은 무선전력전송에 성능과 가격 면에서 가장 적당한 Fe계 또는 Co계 비정질 합금 또는 나노결정립 합금으로 이루어진 박판의 리본을 사용할 수 있다. 상기 Fe계 비정질 합금은 예를 들어, Fe-Si-B, Fe-Si-Al, Fe-Hf-C, Fe-Cu-Nb-Si-B, 또는 Fe-Si-N 등을 들 수 있고, Co계 비정질 합금으로는 예를 들어, Co-Fe-Si-B, 또는 Co-Fe-Ni-Si-B 등을 들 수 있다. 상기 비정질 합금 리본은 나노 결정립 미세조직을 갖도록 질소 분위기에서 400-600℃에서 열처리가 이루어질 수 있으며, 분쇄 효율을 높이기 위해 결정화 온도 이하의 온도, 예를 들면 100-400℃의 대기분위기에서 열처리하여 비정질 합금 리본의 취성을 증가시키는 것도 가능하다.The soft magnetic ribbon 10 may use a thin ribbon of Fe-based or Co-based amorphous alloy or nanocrystalline alloy most suitable for performance and price for wireless power transmission. Examples of the Fe-based amorphous alloy include Fe-Si-B, Fe-Si-Al, Fe-Hf-C, Fe-Cu-Nb-Si- The Co-based amorphous alloy includes, for example, Co-Fe-Si-B or Co-Fe-Ni-Si-B. The amorphous alloy ribbon may be heat treated at 400-600 DEG C in a nitrogen atmosphere so as to have nanocrystalline microstructure and may be subjected to heat treatment at a temperature below the crystallization temperature, for example, 100-400 DEG C, It is also possible to increase the brittleness of the alloy ribbon.

연자성 금속 시트(100)의 총 두께는 적용되는 디바이스의 종류에 따라 적절히 조절되며 최근의 박형화와 경량화 경향에 따라 각각의 연자성 금속 리본(11, 12, 13, 14, 15, 16)의 두께는 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛이다. 리본의 두께가 얇을수록 열처리 후 핸들링시에 약간의 충격에도 리본의 깨짐 현상이 발생할 수 있다. 비정질 연자성 리본의 경우 15㎛ 내지 30㎛ 영역에서 최적의 연자성 특성을 보이며, 비정질 형성능이 우수할 경우 두께가 증가할수록 연자성 특성이 향상되다가, 50㎛를 초과하게 되면 급격히 감소하는 현상을 나타낸다. 나노결정질 리본의 경우 10㎛ 내지 30㎛ 영역에서 최적의 연자성 특성을 보인다. The total thickness of the soft magnetic metal sheet 100 is appropriately adjusted according to the type of the device to which the soft magnetic metal sheet 100 is applied and the thickness of each soft magnetic metal ribbon 11, 12, 13, 14, 15, 16 according to recent trends of thinning and weight- Is preferably 1 mu m to 30 mu m. The thinner the ribbon, the more likely it is to break the ribbon even after a slight impact during handling after heat treatment. The amorphous soft magnetic ribbon exhibits optimal soft magnetic properties in the range of 15 μm to 30 μm. When the amorphous forming ability is excellent, the soft magnetic characteristics are improved as the thickness is increased, and rapidly decreased as the thickness exceeds 50 μm . The nanocrystalline ribbon shows optimal soft magnetic properties in the range of 10 to 30 μm.

하나의 바람직한 예에서, 연자성 리본(10)은 15㎛ 내지 30㎛ 두께의 Fe계 또는 Co계 비정질 합금, 10㎛ 내지 25㎛ 두께의 Fe계 또는 Co계 나노결정질 합금, 및 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 Fe, Ni, Co중 한가지 이상의 강자성 원소가 포함된 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. In one preferred example, the soft magnetic ribbon 10 is made of an Fe-based or Co-based amorphous alloy having a thickness of 15 μm to 30 μm, an Fe-based or Co-based nanocrystalline alloy having a thickness of 10 μm to 25 μm, And an alloy containing at least one ferromagnetic element selected from the group consisting of Fe, Ni, and Co.

도 1에서는 연자성 리본(10)이 6개 적층(11, 12, 13, 14, 15, 16)되어 있지만, 적층 개수는 특별히 제한되지 않으며 연자성 금속의 종류나 무선전력전송 시스템의 방식 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, Fe계 비정질 합금은 나노결정립 합금보다 포화 자기장이 크므로 2 내지 8층을 적층하여 사용할 수 있으며, 3 내지 5층을 사용하는 것이 높은 투자율이 얻어져서 바람직하다. 또한, 나노결정립 합금으로 이루어진 연자성 리본을 사용하는 경우, 4 내지 12층을 적층하여 사용할 수 있으며, 7 내지 9층을 사용하는 것이 높은 투자율이 얻어져서 바람직하다.In FIG. 1, six soft magnetic ribbons 10 are laminated 11, 12, 13, 14, 15 and 16, but the number of laminations is not particularly limited and the kind of soft magnetic metal, Can be properly adjusted. For example, since the Fe-based amorphous alloy has a higher saturation magnetic field than the nano-crystal alloy, it is preferable to use 2 to 8 layers laminated, and it is preferable to use 3 to 5 layers because a high magnetic permeability is obtained. When a soft magnetic ribbon made of a nanocrystalline alloy is used, 4 to 12 layers can be laminated, and 7 to 9 layers can be used because a high magnetic permeability can be obtained.

또 다른 예에서, 무선 전력전송 장치에 송신 안테나와 수신 안테나의 위치를 최적의 위치로 교정하기 위해 송신부에 영구자석이 채용된 경우 영구자석에 의해 자기포화가 이루어지는 층수를 고려하여 적층되는 리본시트의 개수를 결정할 필요가 있다. 반면 무선 충전기의 송신장치에 영구자석을 채용하지 않은 경우는 영구자석을 채용한 경우와 비교하여 상대적으로 적은 수의 비정질 리본시트를 사용하는 것도 가능하다. In another example, when a permanent magnet is employed in a transmitter to calibrate the position of a transmitting antenna and a receiving antenna to an optimum position in a wireless power transmission apparatus, the number of layers of the ribbon sheet It is necessary to determine the number. On the other hand, in the case where the permanent magnet is not employed in the transmitting device of the wireless charger, it is also possible to use a relatively small number of amorphous ribbon sheets as compared with the case of employing permanent magnets.

연자성 금속 리본(10)의 비투자율(Specific Permeability, μr은 10 내지 500,000일 수 있다.Specific Permeability (μr) of the soft magnetic metal ribbon 10 may be 10 to 500,000.

연자성 리본들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 사이에 삽입된 절연층(20)은 예를 들어, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌 또는 폴리염화비닐 등과 같은 열가소성수지, 또는 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 절연층의 두께는 1nm 내지 30㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 절연층(20)은 열전도도가 1W/mK 이상의 열전도성 복합 필름일 수 있다. 또한, 상기 절연층의 비투자율은 10 내지 200 사이인 연자성 복합 필름일 수 있다.The insulating layer 20 interposed between the soft magnetic ribbons 11, 12, 13, 14, 15 and 16 is made of a thermoplastic resin such as, for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene or polyvinyl chloride Or a mixture of two or more selected from the group consisting of a polyvinyl alcohol resin, a silicone resin, an epoxy resin, an acrylate resin, a urethane resin, a polyamide resin and a polyimide resin. It is not limited. The thickness of the insulating layer may be 1 nm to 30 탆, preferably 1 탆 to 20 탆. In one preferred example, the insulating layer 20 may be a thermally conductive composite film having a thermal conductivity of 1 W / mK or more. Also, the insulating layer may have a relative permeability ranging from 10 to 200.

도 2는 종래 연자성 시트(1)에서 자속(M')분포를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 예에 따라 자기쉴드처리가 이루어진 연자성 시트(100)에서의 자속(M)분포를 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a view showing distribution of magnetic fluxes M 'in the conventional soft magnetic sheet 1, and FIG. 3 is a graph showing distribution of magnetic fluxes M in the soft magnetic sheet 100 subjected to the magnetic shielding treatment according to an example of the present invention. Fig.

먼저 도 2에서 종래의 리본 적층 연자성 시트(1)는 측면에서 누설자속(M'l)이 발생하게 되어 전력전송 효율이 감소된다. 이에, 본 발명에서는 연자성 시트(1)의 측면에서 발생하는 누설자속(M'l)을 최소화하기 위하여 자기쉴드처리를 통해 폐자기회로를 형성한다. First, in Fig. 2, the conventional ribbon-laminated soft magnetic sheet 1 generates leaked magnetic flux M ' 1 at the side, thereby reducing power transmission efficiency. Thus, in the present invention, a magnetic circuit is formed by magnetic shielding in order to minimize the leakage magnetic flux M ' 1 generated on the side surface of the soft magnetic sheet 1.

상기 자기 쉴드처리의 구체적인 예로 도 3을 살펴보면, 복수 개의 연자성 리본이 적층된 연자성 시트(100)에서 최상층 리본(11)과 최하층 리본(16)을 두께 방향으로 상호 연결되도록 하여 와전류 손실을 효과적으로 감소시키고 전력전송효율이 증가된다. 도 3에서는 적층된 최상층(11)을 연장하여 최하층(16)과 접촉하도록 하였지만, 연자성 시트의 측면에 쉴드처리가 된다면 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 최하층을 연장하여 최상층과 연결하거나 최상층과 최하층을 둘 다 연장하여 측면 중간에서 접점이 이루어지게 할 수도 있으며, 또는 최상층과 최하층을 하나의 연결된 연자성 리본으로 형성할 수도 있다.3, in the soft magnetic sheet 100 in which a plurality of soft magnetic ribbons are laminated, the uppermost layer ribbon 11 and the lowermost layer ribbon 16 are mutually connected in the thickness direction so that the eddy current loss can be effectively And the power transmission efficiency is increased. 3, the laminated uppermost layer 11 is extended to come in contact with the lowermost layer 16, but it is not limited to this as long as it is shielded on the side of the soft magnetic sheet. For example, the lowermost layer may be extended and connected to the uppermost layer, or both the uppermost layer and the lowermost layer may be extended to provide contact in the middle of the side, or the uppermost layer and the lowermost layer may be formed of one connected soft magnetic ribbon.

도 4는 본 실시예에서 연자성 리본의 길이방향으로 마이크로 크랙을 형성한 사진이다. 상기 마이크로 크랙을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 예를 들어, 연자성 시트를 350℃ 내지 450℃에서 1시간 전후로 열처리한 후 시트의 장축 방향으로 25도 이상 굽히면 표면에 마이크로 크랙이 형성된다. 4 is a photograph showing micro cracks formed in the longitudinal direction of the soft magnetic ribbon in this embodiment. The method of forming the microcracks is not particularly limited. For example, microcracks are formed on the surface when the soft magnetic sheet is heat treated at about 350 ° C to 450 ° C for about 1 hour and then bent more than 25 degrees in the longitudinal direction of the sheet.

이와 같이 연자성 리본의 표면에 미세크랙을 형성한 이유는 리본의 비저항을 증가시켜 고주파 특성을 향상시키기 위해서이다. 예를 들어 FeSiB 비정질 리본의 비저항은 크랙을 생성시키면 120μΩ㎝ 내지 140μΩ㎝에서, 40mΩ㎝ 내지 60mΩ㎝로 400배 정도 증가하게 된다. 구체적으로 연자성 시트에 마이크로 크랙이 형성되면 인덕턴스(L) 값의 감소보다, 자기저항(R)의 감소가 더 크게 된다. 그 결과, 수신 안테나가 형성하는 공진회로의 품질계수(Q)가 증가하게 되어 전력전송 효율이 증가하게 된다. 또한, 마이크로 크랙에 의해 와전류에 의한 손실이 줄어들어 배터리의 발열문제도 방지된다.The reason why fine cracks are formed on the surface of the soft magnetic ribbon in order to improve the high frequency characteristics by increasing the resistivity of the ribbon. For example, the resistivity of the FeSiB amorphous ribbon increases from 40 mu OMEGA cm to 60 mu OMEGA cm by 400 times at 120 mu OMEGA cm to 140 mu OMEGA cm when a crack is generated. Specifically, when microcracks are formed on the soft magnetic sheet, the reduction of the magnetoresistance R becomes larger than the decrease of the inductance (L) value. As a result, the quality factor Q of the resonant circuit formed by the reception antenna increases, and the power transmission efficiency increases. In addition, the microcrack reduces the loss due to the eddy current, thereby preventing the heat generation of the battery.

도 5에는 미세크랙을 형성하기 전과 후의 표면 깊이(Skin Depth)를 나타낸 그래프가 나타나 있다. 도 5를 참조하면, 크랙이 형성되기 전의 30㎛ 두께의 리본은 1.8MHz까지 사용가능함을 알 수 있으며 크랙이 형성된 이후에는 600MHz까지 사용주파수 대역이 연장됨을 알 수 있다. 즉, 크랙킹 이후의 리본은 NFC대역에서 무리없이 사용할 수 있다.
FIG. 5 shows a graph showing the skin depth before and after formation of micro cracks. Referring to FIG. 5, it can be seen that the ribbon of 30 .mu.m thickness before the crack is formed can be used up to 1.8 MHz, and after the crack is formed, the used frequency band is extended up to 600 MHz. That is, the ribbons after cracking can be used without difficulty in the NFC band.

한편, 발명의 일 실시예에 따른 도 6을 참조하면, 연자성 리본(10)에 길이방향으로 마이크로 크랙을 형성하면 크랙의 직각방향으로 비저항이 400배 정도 증가하게 된다. 하지만, 크랙 방향으로는 비저항의 증가가 크지 않으므로, 크랙 방향의 비저항을 증가시키기 위하여 미세크랙의 방향(리본의 길이방향)에 대해 직각방향으로 2㎜이상의 간격으로 슬릿(40)을 형성하는 가공을 실시한다. 상기 슬릿(40)의 간격이 2㎜보다 작을 때는 슬릿팅 공정에 의하여 제거된 리본의 부피비율이 커지므로 오히려 전체적인 투자율이 낮아지는 결과를 얻게 되어 전력전송효율이 감소하게 된다. 본 발명자들이 실험한 바에 따르면 상기 크랙의 직각방향으로 2㎜간격으로 슬릿을 형성한 리본적층 시트는 그렇지 않았을 때에 비교하여 와전류 손실을 효과적으로 감소시켜 0.2 내지 0.5%의 전력전송효율이 증가가 관찰되었다.
Referring to FIG. 6 according to an embodiment of the present invention, when microcracks are formed in the soft magnetic ribbon 10 in the longitudinal direction, the specific resistance increases by 400 times in the direction perpendicular to the crack. However, since the increase of the resistivity in the crack direction is not so large, a process of forming the slit 40 at an interval of 2 mm or more in the direction perpendicular to the direction of the fine crack (the longitudinal direction of the ribbon) in order to increase the resistivity in the crack direction Conduct. When the distance between the slits 40 is less than 2 mm, the volume ratio of the ribbon removed by the slitting process becomes large, so that the overall permeability is lowered and the power transmission efficiency is reduced. The present inventors have experimentally found that the ribbon-laminated sheet having slits formed at intervals of 2 mm in the direction perpendicular to the cracks effectively reduces the eddy current loss and increases the power transmission efficiency by 0.2 to 0.5%.

도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연자성 적층 시트(100)를 개략적으로 도시하였다.7 schematically shows a soft magnetic laminated sheet 100 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 무선전력전송 시스템에서 연자성 시트(100)는 상부에 수신 안테나 패턴(spiral coil, 30)이 형성되어 있고, 수신 안테나(30)는 공진회로를 형성하고 있으므로 연자성 시트(100)가 공진회로의 인덕턴스에 영향을 미치게 된다. 상부 수신 안테나 패턴(30)에 의해 유도되는 전압은 페러데이 법칙(Faraday's law)과 렌쯔 법칙(Lenz's law)에 의하여 결정되므로, 높은 전압 신호를 얻기 위해서는 수신 안테나와 쇄교하는 자속의 양이 많을수록 유리하다. 자속의 양은 수신 안테나 코일(30)에 포함된 연자성 재료의 양이 많을수록, 또는 연자성 재료의 투자율이 높을수록 크게 된다.7, in the wireless power transmission system, the soft magnetic sheet 100 has a spiral coil 30 formed thereon, and the receiving antenna 30 forms a resonant circuit. Therefore, 100) affects the inductance of the resonant circuit. Since the voltage induced by the upper receiving antenna pattern 30 is determined by the Faraday's law and the Lenz's law, in order to obtain a high voltage signal, the larger the amount of magnetic flux linking with the receiving antenna, the more advantageous . The amount of the magnetic flux increases as the amount of the soft magnetic material contained in the receiving antenna coil 30 increases or as the magnetic permeability of the soft magnetic material increases.

연자성 시트(100)에 의한 자기장은 X와 Y축으로 각각 발생하게 되는데 연자성 리본의 길이 방향으로 미세크랙이 형성되면 크랙이 형성된 길이방향으로 자화용이축이 형성되고 자화용이축으로는 투자율이 증가하게 되는 반면, 이에 직교하는 자화곤란축으로는 투자율이 감소하게 된다. 이에, 본 발명에서는 도 7에서와 같이 연자성 리본의 적층 시 자화용이축이 교차하도록 교대로 적층하여 자기장을 효과적으로 차단한다. 구체적으로 본 발명자들의 실험에 따르면 리본의 자화용이축을 교차하여 적층한 리본 적층 시트를 사용하였을 때 그렇지 않았을 때에 비교하여 0.5% 내지 1%의 전력전송효율이 증가가 관찰되었다.
The magnetic field generated by the soft magnetic sheet 100 is generated in the X and Y axes, respectively. When fine cracks are formed in the longitudinal direction of the soft magnetic ribbon, an easy magnetization axis is formed in a longitudinal direction in which cracks are formed. While the magnetic permeability axis decreases perpendicular to the magnetization axis. In the present invention, as shown in FIG. 7, the soft magnetic layers are alternately laminated such that the easy magnetization axes cross each other to effectively block the magnetic field. Specifically, according to the experiment of the present inventors, when a ribbon-laminated sheet laminated by crossing the easy magnetization axes of the ribbon was used, an increase in the power transmission efficiency of 0.5% to 1% was observed when the ribbon laminated sheet was not used.

본 발명은 이와 같이 연자성 리본 표면의 와전류 영향을 최소화하고 영구자석에 의한 자화값 포화 현상을 방지하면서 높은 투자율을 나타내고 전자기 에너지 누설을 최소화한 무선전력송신 시스템의 수신 안테나용 연자성 시트를 제공한다.
The present invention provides a soft magnetic sheet for a receiving antenna of a wireless power transmission system that exhibits a high magnetic permeability and minimizes electromagnetic energy leakage while minimizing the influence of eddy current on the surface of the soft magnetic ribbon and preventing magnetization saturation caused by the permanent magnet .

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.

100: 전력 수신부 안테나용 연자성 시트
10: 연자성 리본
20: 절연층
30: 전력 수신부 안테나 패턴
40: 슬릿 100: Soft magnetic sheet for power receiving antenna
10: Soft magnetic ribbon
20: Insulation layer
30: Power receiving antenna pattern
40: slit

Claims (12)

무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트에 있어서,
두께가 1㎛ 내지 30㎛이고, 비투자율 10 내지 500,000 사이인 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며,
상기 연자성 시트의 측면에 자기쉴드처리가 이루어져 폐자기회로가 형성된 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
1. A soft magnetic sheet for a power receiving antenna of a wireless power transmission system,
A soft magnetic metal ribbon having a thickness of 1 占 퐉 to 30 占 퐉 and a relative magnetic permeability of 10 to 500,000 is laminated in two or more layers and an insulating layer is included between the soft magnetic ribbon layers,
And a magnetic circuit is formed on a side surface of the soft magnetic sheet to form a closed magnetic circuit.
청구항 1에 있어서,
상기 연자성 금속 리본은,
15㎛ 내지 30㎛ 두께의 Fe계 또는 Co계 비정질 합금으로 이루어진 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the soft magnetic metal ribbon
A soft magnetic sheet for power receiving antenna comprising an Fe-based or Co-based amorphous alloy having a thickness of 15 탆 to 30 탆.
청구항 1에 있어서,
상기 연자성 금속 리본은,
10㎛ 내지 25㎛ 두께의 Fe계 또는 Co계 나노결정질 합금으로 이루어진 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the soft magnetic metal ribbon
A soft magnetic sheet for a power receiving antenna comprising an Fe-based or Co-based nanocrystalline alloy having a thickness of 10 mu m to 25 mu m.
청구항 1에 있어서,
상기 연자성 금속 리본은,
1㎛ 내지 30㎛ 두께의 Fe, Ni, Co중 한가지 이상의 강자성 원소가 포함된 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the soft magnetic metal ribbon
A soft magnetic sheet for a power receiving antenna comprising at least one ferromagnetic element selected from the group consisting of Fe, Ni and Co having a thickness of 1 탆 to 30 탆.
청구항 1에 있어서,
상기 절연층은,
1nm 내지 30㎛ 두께의 고분자 절연 필름으로 이루어진 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
A soft magnetic sheet for a power receiving antenna comprising a polymer insulating film having a thickness of 1 nm to 30 탆.
청구항 1에 있어서,
상기 절연층은,
열전도도가 1W/mK 이상의 열전도성 복합 필름으로 이루어진 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
A soft magnetic sheet for a power receiving antenna comprising a thermally conductive composite film having a thermal conductivity of 1 W / mK or more.
청구항 1에 있어서,
상기 절연층은,
비투자율이 10 내지 200인 연자성 복합 필름으로 이루어진 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
A soft magnetic sheet for a power receiving antenna comprising a soft magnetic composite film having a relative permeability of 10 to 200.
청구항 1에 있어서,
상기 자기 쉴드 처리는,
연자성 시트의 최상층 리본과 최하층 리본이 두께 방향으로 상호 연결되도록 하여 이루어진 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
The magnetic shielding process includes:
A soft magnetic sheet for an electric power receiving antenna wherein the uppermost layer ribbon and the lowermost layer ribbon of the soft magnetic sheet are interconnected in the thickness direction.
청구항 1에 있어서,
상기 연자성 리본은,
리본의 길이방향으로 마이크로 크랙을 형성한 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1,
The soft magnetic ribbon
A soft magnetic sheet for power receiving antenna with micro cracks formed in the longitudinal direction of the ribbon.
청구항 9에 있어서,
상기 마이크로 크랙은,
연자성 리본을 350℃ 내지 450℃에서 열처리한 후 리본의 장축 방향으로 25도 이상 구부려서 형성된 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method of claim 9,
The micro-
A soft magnetic sheet for a power receiving antenna formed by heat-treating a soft magnetic ribbon at 350 ° C to 450 ° C and then bending at least 25 ° in the longitudinal direction of the ribbon.
청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
상기 연자성 리본은,
리본의 길이방향에 대해 직각으로 2㎜이상의 간격으로 슬릿(slit)을 형성한 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.
The method according to claim 1 or 9,
The soft magnetic ribbon
And a slit is formed at an interval of 2 mm or more at right angles to the longitudinal direction of the ribbon.
청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
상기 연자성 시트는,
연자성 리본의 자화용이축이 교차하여 직교하도록 적층한 전력 수신부 안테나용 연자성 시트.

The method according to claim 1 or 9,
Wherein the soft magnetic sheet comprises:
A soft magnetic sheet for an electric power receiving section antenna in which soft magnetization easy axes are crossed and crossed orthogonally.

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