KR20160028384A - 무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치 - Google Patents

무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치 Download PDF

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KR20160028384A
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장민식
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진병수
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주식회사 아모센스
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    • H02J17/00—
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Abstract

본 발명의 무선 전력 송신장치용 차폐시트는 충전 코일의 하면에 배치되고 제1차폐시트 및 제2차폐시트를 적층하여 구성되고, 상기 제1차폐시트는 다수의 미세 조각으로 이루어지고 상기 제2차폐시트에 비해 상대적으로 투자율이 높은 제1차폐시트와, 상기 제2차폐시트는 상기 제1차폐시트에 비해 상대적으로 비저항이 높은 자성체로 형성되어, 자기장 차폐 성능은 향상시키면서 두께를 얇게 형성할 수 있다.

Description

무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치{Shielding Sheet and Wireless Charger Having the Same}
본 발명은 무선 전력 송신장치에서 발생하는 자기장을 차폐하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대전화, 노트북, PDA 등과 같은 휴대 단말기는 내부에 배터리를 구비하여 사용자가 이동하면서 사용하도록 구성되어 있다. 이러한 휴대 단말기는 배터리의 충전을 위하여 충전기를 필요로 하고, 충전기는 일반 상용 전원과 접속되어 휴대 단말기의 배터리에 충전 전류를 공급한다.
충전기가 충전 전류를 휴대 단말기의 배터리에 제공하기 위해서는 충전기를 구성하는 충전 모체와 휴대 단말기의 배터리는 전기적으로 연결되어야 한다.
기존의 충전기는 휴대 단말기와 유선으로 연결되고, 유선 연결을 위해 접속 단자가 구비된다. 따라서, 휴대 단말기의 배터리를 충전하고자 할 때에는 휴대 단말가의 접속 단자와 충전기의 접속 단자를 상호 접속시켜야 한다.
그러나, 상기와 같은 접속 단자 방식은 기기에 따라 단자의 규격과 모양이 다르게 되어, 사용자는 매번 새로운 충전 장치를 구입해야 하는 어려움이 따르게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 비 접촉식 자기유도방법, 즉 무선 충전 방식이 고안되었다. 무선 충전기는 자기유도(Magnetic Induction, MI) 방식(즉, 표준 규격)과, 자기공명(Magnetic Resonance, MR) 방식(즉, 표준 규격)으로 구분할 수 있고, 상기 자기유도방식의 대표적인 두 방식으로는 WPC(Wireless Power Consortium) 방식(즉, 표준 규격) 및 PMA(Power Matters Alliance) 방식(즉, 표준 규격)을 들 수 있다.
무선 전력 송신장치(즉, 무선 충전기)는 자기 유도방식에 의해 휴대 단말기 등의 배터리를 충전하는 충전용 코일과 충전용 코일의 하측에 배치되어 충전용 코일에서 발생되는 자기장을 차폐하는 자기장 차폐시트를 포함한다.
무선 충전기용 차폐시트는 등록특허공보 10-1399023(특허문헌 1)에 개시된 바와 같이, 다수의 미세 조각으로 분리된 박판 자성시트와, 상기 박판 자성시트의 일면에, 제1접착층을 통하여 접착되는 보호필름과, 상기 박판 자성시트의 타면에, 일측면에 구비된 제2접착층을 통하여 접착되는 양면 테이프를 포함하여 구성된다.
하지만, 특허문헌 1의 자기장 차폐시트는 다수의 미세조각으로 분리된 박판 자성시트만 사용하기 때문에 와전류 손실(Eddy Current Loss)이 커지고 이에 따라 열이 발생하는 문제가 있다. 또한, 와전류 손실이 증가하면 충전용 코일의 저항이 증가하는 문제도 발생한다.
또한, 종래에 무선 전력 송신장치의 자기장 차폐시트로서 프레스(press) 방식으로 제조된 단일의 페라이트 시트를 사용하여 충전 코일에 원하는 인덕턴스와 저항을 구현하였으나, 취성이 크기 때문에 외부 충격에 의해 크랙이 발생하거나 깨지게 되면 차폐시트의 투자율이 변동되고 그 결과 안테나 특성이 변경되는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 등록특허공보 10-1399023(2014년 05월 19일)
따라서, 본 발명의 목적은 와전류 손실(Eddy Current Loss)은 낮추고 투자율은 높일 수 있는 무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자기장 차폐 성능은 향상시키면서 두께를 얇게 형성할 수 있는 무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차폐시트를 다수의 조각으로 분리된 형태로 형성하여 충격에 강한 무선 전력 송신장치용 차폐시트 및 이를 구비한 무선 전력 송신장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 무선 전력 송신장치용 차폐시트는 충전 코일의 하면에 배치되며 비저항이 다른 이종의 자성시트가 적층된 제1차폐시트 및 제2차폐시트를 포함하며, 상기 제2차폐시트는 상기 제1차폐시트에 비해 상대적으로 비저항이 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제1차폐시트는 상기 제2차폐시트에 비해 상대적으로 투자율이 높은 자성재료로 형성될 수 있다.
상기 제1차폐시트는 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 사용될 수 있다.
상기 제2차폐시트는 페라이트 시트 또는 자성분말과 수지로 이루어진 폴리머 시트가 사용될 수 있다.
상기 페라이트 시트는 NiZn 페라이트가 사용될 수 있다.
상기 NiZn 페라이트는 캐스팅 방식으로 제조될 수 있다.
상기 제1차폐시트의 두께는 20~300㎛이고, 상기 제2차폐시트의 두께는 30~500㎛으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 차폐시트의 전체 두께는 100~1000㎛으로 형성될 수 있다.
상기 제2차폐시트의 일면에는 보호필름이 제1접착층에 의해 부착되고, 타면에는 상기 제1차폐시트를 위한 제2접착층이 적층될 수 있다.
상기 적층된 차폐시트의 배면에 부착되어 충전코일에서 발생된 열을 방열하는 방열판을 더 포함할 수 있다.
상기 충전 코일의 하면에 제1차폐시트와 제2차폐시트 중 어느 하나가 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 차폐시트는 각각 다수의 미세 조각으로 분리된 형태로 형성될 수 있고, 상기 다수의 미세 조각은 수십㎛ 내지 3mm 크기를 갖질 수 있다.
본 발명의 무선 전력 송신장치용 차폐시트는 충전 코일의 하면에 위치되는 무선 전력 송신장치용 차폐시트로서, 상기 차폐시트는 와전류 손실(Eddy Current Loss)을 낮추도록 표면저항이 큰 자성체 세라믹으로 이루어지며 다수의 미세 조각으로 분리된 제1차폐시트; 및 상기 제1차폐시트의 하면에 적층되고 투자율을 높이도록 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트로 이루어지며 다수의 미세 조각으로 분리된 제2차폐시트를 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 송신장치용 차폐시트는 제1차폐시트에 상대적으로 비저항이 높은 제2차폐시트를 적층하여 형성함으로써, 와전류 손실(Eddy Current Loss)은 낮추고 투자율은 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 무선 전력 송신장치용 차폐시트는 자기 특성이 서로 다른 두 장의 시트를 적층하여 사용함으로써, 자기장 차폐 성능은 향상시키면서 두께를 얇게 형성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 무선 전력 송신장치용 차폐시트는 차폐시트를 다수의 조각으로 분리된 형태로 형성하여 와전류 손실의 저감과 함께 외부의 충격에 강한 무선 전력 송신장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전코일의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐시트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐시트 제조공정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐시트 제조장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치는 자기 유도방식에 의해 전자기기의 배터리를 충전하는 충전코일(10)과, 충전코일의 하측에 배치되어 충전코일에서 발생되는 자기장을 차폐하는 차폐시트(20)와, 차폐시트(20)의 하측에 배치되어 충전코일(10)에서 발생하는 열을 방열하는 방열판(30)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신장치는 상용 교류전원을 이용하여 충전코일(10)로 무선 송신용 전력을 높은 효율로 인가하는 제어회로부(도시되지 않음)를 포함하고 있다.
본 발명의 무선 전력 송신장치는 WPC(Wireless Power Consortium) 규격의 A6 타입 무선 충전기(transmitter)를 만족한다. 본 발명의 충전코일(10)은 WPC 규격의 A6 타입 무선 충전기를 만족하도록 도 2에 도시된 바와 같이, 3개 코일(12,14,16)로 구성되고 제1코일(12)과 제2코일(14)은 수평하게 배치하고, 제1코일(12)과 제2코일(14)에 제3코일(16)을 적층하여 사용한다.
충전코일(10)은 3개 코일 구조 이외에, 1개 및 2개 또는 3개 이상의 코일을 적층하여 사용하는 것도 가능하다.
방열판(30)은 충전용 코일(10)에서 발생되는 열을 방열하는 기능을 하는 것으로, 알루미늄 판이나 동판이 사용될 수 있다.
무선 충전기의 경우 자기 유도방식으로 충전을 하는 것이기 때문에 100kHz ~ 수 MHz의 자기장이 발생된다. 이러한 자기장은 휴대 단말기의 배터리 등의 부품 및 무선 충전기가 자동차에 설치될 경우 자동차의 전자제어에 사용되는 전자제어부품에 영향을 미치게 된다.
따라서, 무선 충전기에는 충전코일(10)로부터 방사되는 자기장을 차폐하기 위한 차폐시트가 필수적으로 사용된다.
종래에 차폐시트로는 일반적으로 박막이면서도 투자율이 비교적 높은 가압소결방식(Press)으로 제조된 MnZn 페라이트가 단독으로 사용되는데, MnZn 페라이트는 페라이트 파우더를 고압의 프레스 공정을 거쳐 성형한 후 소결하여 원하는 두께로 그라인딩(grinding)하여 제조되기 때문에 제조공정이 복잡하고 대량생산이 어려운 문제가 있다.
그리고, MnZn 페라이트는 가압소결방식(Press)으로 제조되기 때문에 500㎛ 미만의 박막으로 제조하기 어렵고 취성이 강해 외부의 충격에 의해 깨지기 쉬워 자동차에 설치되는 무선 전력 송신장치 등 외부로부터 충격이 가해지는 곳에서는 사용이 어려운 문제가 있다. 차폐시트로 사용된 MnZn 페라이트가 충격에 의해 깨지는 경우 투자율이 변하게 되어 무선 전력을 전송하는 안테나를 구성하는 충전코일의 인덕턴스에 영향을 미치게 된다.
이에, 차폐시트로서 MnZn 페라이트를 대신하여 예를 들면, NiZn 페라이트나 비정질 합금의 리본시트를 사용하는 것을 고려해 볼 수 있는데, NiZn 페라이트는 투자율이 낮기 때문에 MnZn 페라이트와 동일한 투자율 특성을 내기 위해서는 두께가 MnZn 페라이트의 두 배 이상으로 두꺼워져야 되고, 한편 비정질 합금의 리본시트는 박막이면서 MnZn 페라이트에 필적하는 투자율 특성을 나타내지만 와전류 손실(Eddy Current Loss)이 커 열이 발생하는 문제가 있다.
따라서 본 발명에서는, 투자율은 높이고 와전류 손실(Eddy Current Loss)은 줄일 수 있도록 각각 박막이면서 서로 다른 이종의 자성시트로 이루어진 하이브리드 타입으로 복수의 차폐시트를 적층하여 사용함으로써 이러한 문제를 해결하고자 한 것이다.
차폐시트(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 고투자율의 제1차폐시트(22)와, 제1차폐시트(22)에 적층되고 제1차폐시트(22)에 비해 상대적으로 비저항이 높은 제2차폐시트(24)를 포함한다.
여기에서, 제1차폐시트(22)는 제2차폐시트(24)에 비해 상대적으로 투자율이 높은 차폐시트가 사용되고, 제2차폐시트(24)는 와전류 손실을 낮출 수 있도록 제1차폐시트(22)에 비해 상대적으로 비저항이 높은 자성체가 사용될 수 있다.
제1차폐시트(22)는 박막이면서 투자율이 높은 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 사용되고, 바람직하게는 와전류 발생을 억제하도록 다수의 미세조각으로 분리된 형태로 사용된다.
제2차폐시트(24)는 제1차폐시트(22)에 비해 상대적으로 투자율이 낮은 차폐시트가 사용되고, 예를 들어, 페라이트 시트, 폴리머 시트 등이 사용될 수 있고, 구체적으로는, NiZn 페라이트가 사용될 수 있다. 제2차폐시트(24)는 바람직하게는 제1차폐시트(22)와 마찬가지로 와전류 발생을 억제하도록 다수의 미세조각으로 분리된 형태로 사용된다.
따라서, 제1차폐시트(22)와 제2차폐시트(24)는 적층하여 사용하는 경우, 표면저항이 큰 제2차폐시트(24)에서 일차로 자기장을 차폐하기 때문에 제1차폐시트(22)에서 와전류 손실이 크게 발생하지 않으면서 박막의 비정질 합금 리본시트 또는 나노 결정립 합금 리본시트를 사용하는 데 따른 높은 투자율을 갖는 하이브리드(Hybrid) 시트가 얻어지게 된다.
여기에서, 제2차폐시트(24)는 페라이트 시트 대신 비정질 합금 분말, 연자성체 분말, 센더스트(Sendust)와 같은 고투자율의 자성분말과 수지로 이루어진 폴리머 시트를 사용할 수도 있다.
이 경우, 비정질 합금 분말은 예를 들어, Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B 및 Co-Fe-Si-B로 이루어진 군에서 선택되는 조성을 갖는 비정질 합금을 1종 이상 포함하는 비정질 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리머 시트는 자성분말과 수지로 이루어진 것이므로 와전류 손실(Eddy Current Loss)이 작고, 페라이트 시트와 동일하게 투자율은 상대적으로 낮으나 충전용 코일(10)로부터 발생된 자기장이 방사될 때 폴리머 시트를 거치면서 자기장이 크게 감쇄되어 일면에 적층되는 비정질 리본시트의 제1차폐시트(22)에서는 와전류 손실이 발생하는 것을 최소화시키는 역할을 한다.
제1차폐시트(22)의 일면에는 제1접착층(42)을 구비한 보호필름(44)이 적층되고, 제1차폐시트(22)의 타면에는 제2차폐시트(24)와의 합지를 위한 제2접착층(46)이 적층된다.
그리고, 제2차폐시트(24)에는 차폐시트(20)를 방열판(30)에 부착하기 위한 제3접착층(48)이 적층된다.
여기에서, 제3접착층(48)은 양면테이프로 형성될 수 있고, 방열판(30)에 부착할 때 분리하는 릴리스 필름이 부착될 수 있다.
여기에서, 바람직하기는 제1차폐시트(22)는 다수의 조각으로 분리된 형태이고, 조각들 사이의 틈새에 제1접착층(44) 및 제2접착층(46)을 이루는 접착제의 일부가 충진될 수 있다. 따라서, 제1차폐시트(22)는 다수의 미세 조각들 사이가 접착제에 의해 부분적으로 둘러싸인 형태를 갖게 되므로 외부의 충격에 강하여 자동차에 설치되는 무선 충전기 등 외부의 충격이 발생되는 장소에 설치되는 무선 충전기에도 사용이 가능하다.
제1보호필름(44)은 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리페닐린설페이드(PPS) 필름, 폴리프로필렌(PP) 필름, 폴리테레프탈레이트(PTFE)와 같은 불소 수지계 필름 등을 사용할 수 있으며, 제1접착층(42)을 통하여 제1차폐시트(22)의 일면에 부착된다.
제1 내지 제3 접착층(42,46,48)은 전도성 접착제가 사용될 수 있고, 절연성 접착제도 사용이 가능하며, 예를 들어, 아크릴계 접착제를 사용할 수 있으며, 다른 종류의 접착제를 사용하는 것도 물론 가능하다.
상기 제1 내지 제3 접착층(42,46,48)은 예를 들어, 핫멜트 웹의 접착 시트를 사용할 수 있다.
핫멜트 웹의 접착 시트는 예를 들어, 폴리아마이드(Polyamide)계, 폴리에스터(Polyester)계, 폴리우레탄(Polyurethane)계, 폴리올레핀(Polyolefine)계 및 E.V.A.(Ethylene Vinyl Acetate)계 중 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
이와 같은 제2차폐시트(24)는 페라이트를 사용하면서도 기존에 비해 두께를 대폭 줄일 수 있다. 즉, 기존의 MnZn 페라이트를 사용하여 동일한 투자율을 나타내기 위해서는 MnZn 페라이트의 2배 이상의 두께를 확보할 필요가 있었으나, 본 발명의 제2차폐시트(24)는 와전류 손실(Eddy Current Loss)을 줄이는 용도로 사용되므로 두께를 특히 얇게 형성해도 된다.
즉, MnZn 페라이트는 페라이트 파우더를 고압의 프레스 공정을 거쳐 성형한 후 소결에 의해 높은 밀도를 갖게 하여 높은 투자율을 갖는 자성시트를 구현한 것이나, 본 발명에서 고투자율의 제1차폐시트(22)와 적층되어 사용되는 제2차폐시트(24)는 와전류 손실(Eddy Current loss)을 줄이는 용도로 사용되는 것이므로 두께를 최대로 얇게 형성할 수 있는 캐스팅(casting) 방식으로 제조하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 차폐시트 제조장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 전방에 배치되고 커버필름(44)이 감겨진 커버필름 롤(50)과, 커버필름 롤(50)에서 인출되는 커버필름(44)을 이송하는 제1이송유닛(52) 및 제2이송유닛(54)과, 제1이송유닛(52)에 배치되어 제1이송유닛(52)에 배치된 커버필름(44)에 제1차폐시트(22)를 적층하는 제1차폐시트 적층유닛(56)과, 제1이송유닛(52)의 후방에 배치되어 제1차폐시트(22)에 적층되는 제2접착층(46)을 공급하는 제1양면 테이프 롤(58)과, 제1이송유닛(54)의 후방에 배치되어 제1차폐시트(22)를 다수의 미세조각으로 분리하는 제1파쇄유닛(60)과, 제1파쇄유닛(60)의 후방에 배치되어 제1커버필름(44), 제1차폐시트(22) 및 제2접착층(46)을 가압하여 합지하는 가압유닛(62)과, 제2이송유닛(54)에 배치되어 제2접착층(46)에 제2차폐시트(24)를 적층하는 제2차폐시트 적층유닛(64)을 포함한다.
그리고, 제2이송유닛(54)의 후방에는 제2차폐시트(24)에 적층되는 제3접착층(48)을 공급하는 제2양면 테이프 롤(66)과, 제2차폐시트(24)를 미세조각으로 분리하는 제2파쇄유닛(68)와, 제1차폐시트(22)와 제2차폐시트(24) 사이를 합지하는 제2가압유닛(70)이 배치된다.
이와 같이 구성되는 차폐시트 제조장치를 이용하여 차폐시트를 제조하는 공정을 다음에서 설명한다.
본 발명에 따른 차폐시트 제조방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 제1접착층(42)이 형성된 보호필름(44)을 준비한다(S10). 제1보호필름(44)은 그 일면에 제1접착층(42)이 형성되고, 제1접착층(42)에는 릴리이스 필름이 분리 가능하게 부착되어 커버필름 롤(50)에 감겨진다.
보호필름 롤(50)에 감겨진 보호필름(44)이 제1이송유닛(52)으로 안내되어 제1이송유닛(52)에 안착된다. 이때, 보호필름(44)에는 제1접착층(42)이 형성되고, 제1접착층(42)에 부착된 릴리이스 필름이 벗겨지면서 제1접착층(42)이 위로 향하도록 하여 제1이송유닛(52)에 안착된다.
이어서 제1차폐시트 적층유닛(56)에서 제1차페시트(22)를 제1접착층(42) 위에 올려 놓는다(S20). 이때, 제1차페시트 적층유닛(56)은 부압에 의해 제1차폐시트를 흡입하여 이동시킬 수 있고, 로봇 팔을 이용하여 제1차폐시트(22)를 이동시킬 수 있으며, 유압 실린더에 의해 제1차폐시트(22)를 밀어서 이동시키는 것도 가능하다. 즉, 제1차폐시트 적층유닛(56)은 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 장치를 포함하여 제1차폐시트(22)를 제1이송유닛(52)으로 이동할 수 있는 어떠한 구조도 적용이 가능하다.
제1이송유닛(52) 및 제2이송유닛(54)이 구동되면 제1차폐시트(22)가 이동된다. 그러면 제1양면 테이프 롤(58)에 감겨진 양면테이프가 제1차폐시트(22)에 적층되어 제2접착층(46)을 형성한다(S30). 이때, 양면테이프의 일면에 부착된 릴리이스 필름이 벗겨지면서 제1차폐시트(22)에 부착된다.
그리고, 제1차폐시트(22)는 제1파쇄유닛(60)을 통과하면서 다수의 미세 조각으로 분리된다. 보호필름(44), 제1접착층(42), 제1차폐시트(22) 및 제2접착층(46)이 적층된 시트가 제1가압유닛(62)을 통과하면서 상호 합지된다.
제1파쇄유닛(60)은 복수의 볼이 구비되거나 돌기가 형성되는 롤러들 또는 가압 프레스로 형성되어 제1차폐시트를 다수의 미세조각으로 랜덤하게 분리하고, 분리된 조각들 사이에는 일정 크기의 틈새가 발생할 수 있다.
그리고, 제1가압유닛(62)은 가압 롤러 또는 가압 프레스로 구성되어 제1차폐시트(22)를 상온 또는 일정 온도로 가열한 후 가압하면, 제1접착층(42) 및 제2접착층(46)을 이루는 접착제의 일부가 이러한 틈새로 밀려 들어가므로 제1차폐시트(22)의 강도를 강화시킨다.
여기에서, 제1접착층(42) 및 제2접착층(46)은 상온에서 가압하면 변형 가능한 접착제가 사용되거나, 열을 가하면 변형되는 열가소성 접착제가 사용될 수 있다.
제1차폐시트(22)가 이동되어 제2이송유닛(54)에 위치되면 제2차폐시트 적층유닛(64)에서 제2차폐시트(24)를 제2접착층(46)에 올려 놓는다(S40).
제2이송유닛(54)의 후방에 배치된 제2양면 테이프 롤(66)에 감긴 양면 테이프가 제2차폐시트(24)에 적층되어 제3접착층(48)을 형성한다(S50). 이때, 양면 테이프의 일면에 부착된 릴리이스 필름이 벗겨지면서 제2차폐시트(24)에 부착된다.
그리고, 제1차폐시트(22) 및 제2차폐시트(24)가 제2파쇄유닛(68)을 통과하면서 다수의 미세 조각으로 분리된다. 이때, 제1차폐시트(22)는 제2파쇄유닛(68)에 의해 한 번 더 파쇄되는데, 제1차폐시트(22)의 특성상 보다 많은 조각으로 파쇄될수록 와전류 손실이 감소되어 전송 효율이 향상될 수 있다.
그리고, 보호필름(44), 제1접착층(42), 제1차폐시트(22), 제2접착층(46), 제2차폐시트(24) 및 제3접착층(48)이 적층된 시트가 제2가압유닛(70)을 통과하면 제1차폐시트(22)와 제2차폐시트(24)가 상호 합지된다.
여기에서, 제3접착층(48)은 상온에서 가압하면 변형 가능한 접착제가 사용되거나, 열을 가하면 변형되는 열가소성 접착제가 사용될 수 있다.
제1차폐시트(22) 및 제2차폐시트(24)는 상기한 제1 및 제2 파쇄유닛(60,68)과 제1 및 제2 가압유닛(62,70)을 거치면서 수십㎛ 내지 3mm 크기로 랜덤하게 다수의 미세 조각으로 분리되며, 평탄화가 이루어진다. 또한, 분리된 다수의 미세 조각은 상부 및 하부에 배치된 접착층에 의해 위치를 잡아주므로 분리된 상태를 유지한다.
다음에, 제1차폐시트 제조공정을 설명한다.
제1차폐시트를 구성하는 리본시트가 비정질 합금인 경우, Fe계 비정질 합금 예를 들어, Fe-Si-B 또는 Fe-Si-B-Co 합금으로 이루어진 20 내지 30㎛ 두께의 극박형 비정질 리본을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 적층된 비정질 리본을 300℃ 내지 600℃의 온도범위에서 30분 내지 2시간 동안 무자장 열처리를 행한다.
이 경우, 열처리 분위기는 비정질 리본의 Fe 함량이 높을지라도, 산화가 발생되지 않는 온도 범위에서 이루어지므로 분위기 로에서 이루어질 필요는 없고, 대기 중에서 열처리를 진행하여도 무방하다. 또한, 산화 분위기 또는 질소 분위기에서 열처리가 이루어질지라도 동일한 온도 조건이라면 비정질 리본의 투자율은 실질적으로 차이가 없다.
상기한 열처리 온도가 300℃ 미만인 경우 원하는 투자율보다 높은 투자율을 나타내며 열처리 시간이 길게 소요되는 문제가 있고, 600℃를 초과하는 경우는 과열처리에 의해 투자율이 현저하게 낮아져서 원하는 투자율을 나타내지 못하는 문제가 있다. 일반적으로 열처리 온도가 낮으면 처리시간이 길게 소요되고, 반대로 열처리 온도가 높으면 처리시간은 단축된다.
또한, 리본시트가 나노 결정립 합금 리본으로 이루어진 경우, 예를 들어, Fe-Si-B-Cu-Nb 합금으로 이루어진 20 내지 30㎛ 두께의 극박형 비정질 리본을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 적층된 리본시트를 300℃ 내지 700℃의 온도범위에서 30분 내지 2시간 동안 무자장 열처리를 행함으로써 나노 결정립이 형성된 나노 결정립 합금 리본시트를 형성한다.
이 경우 열처리 분위기는 Fe의 함량이 70at% 이상이므로 대기 중에서 열처리가 이루어지면 산화가 이루어져서 시각적인 측면에서 바람직하지 못하며, 따라서 질소 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나 산화 분위기에서 열처리가 이루어질지라도 동일한 온도 조건이라면 시트의 투자율은 실질적으로 차이가 없다.
이 경우, 열처리 온도가 300℃ 미만인 경우 나노 결정립이 충분히 생성되지 않아 원하는 투자율이 얻어지지 않으며 열처리 시간이 길게 소요되는 문제가 있고, 700℃를 초과하는 경우는 과열처리에 의해 투자율이 현저하게 낮아지는 문제가 있다. 열처리 온도가 낮으면 처리시간이 길게 소요되고, 반대로 열처리 온도가 높으면 처리시간은 단축되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 리본시트는 두께가 20 ~ 30㎛ 범위를 갖는 것을 사용하며, 리본시트의 투자율은 리본의 두께에 비례하여 증가한다.
더욱이, 상기 리본시트는 열처리가 이루어지면 취성이 강하게 되어 후속 공정에서 다수의 미세 조각으로 분리할 때 쉽게 분리 또는 크랙될 수 있게 된다.
다음에서, 제2차폐시트 제조방법에 대해 설명한다.
제2차폐시트(24)는 예를 들어, NiFe2O4와 ZnFe2O4의 혼합분말을 유기용제에 분산시키고 PVB(Polyvinyl Butyral) 등의 바인더를 첨가한 후 캐스팅 공정을 진행하여 플레이트 형태의 그린 시트를 형성하고, 이를 소결하여 페라이트 시트를 제조한다.
제1차폐시트(22)의 두께는 20~300㎛로 형성되는 것이 바람직하며, 제2차폐시트(24)의 두께는 30~500㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 차폐시트(20) 전체의 두께는 100~1000㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 아래의 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1, 비교예 1-3)
아래 표 1은 가압소결방식(Press)으로 제조되고 MnZn 페라이트로 이루어진 차폐시트(비교예 1), 가압소결방식(Press)으로 제조되고 NiZn 페라이트로 이루어진 차폐시트(비교예 2), 다수의 미세 조각으로 분리된 Fe계 비정질 합금 리본을 사용한 차폐시트(비교예 3), 캐스팅 방식(casting)으로 제조되고 100㎛ 두께의 NiZn 페라이트를 2장 사용하는 제2폐시트와 30㎛ 두께의 Fe계 비정질 합금 리본을 2장 사용하는 제1차폐시트가 양면테이프를 이용하여 적층되어 300㎛ 두께를 갖는 본 발명의 차폐시트(실시예 1) 샘플을 각각 준비한다. 실시예 1의 차폐시트는 제1차폐시트 및 제2차폐시트가 다수의 미세 조각으로 분리된 것이다.
준비된 차폐시트 샘플을 WPC 규격의 A6 타입 무선 충전기(transmitter)에 차폐시트로서 적용할 때, 각 충전 코일의 인덕턴스 값(Ls)과 저항값(Rs)을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
WPC 규격의 A6 타입 무선 충전기(transmitter)는 도 2에 도시된 바와 같이 충전용 제2코일의 양측이 충전용 제1과 제3 코일에 중첩되어 3개의 코일이 겹쳐져서 배치되고 충전 코일 밑에 차폐시트와 방열용 Al 시트가 적층되어 배치된 형태의 무선 충전기이다.

차폐시트
 두께
(mm) 		1번 코일 2번 코일 3번 코일
Ls(mH) Rs(mW) Ls(mH) Rs(mW) Ls(mH) Rs(mW)
비교예 1 MnZn
페라이트		 1.0 11.82 69 11.20 60 12.01 67
비교예 2 NiZn
페라이트		 2.0 11.80 70 11.07 63 11.73 73
비교예 3 비정질 합금 리본
 0.5 11.79 95 11.00 83 11.77 95
실시예 1 본 발명
차폐시트 		0.3 11.65 75 10.9 66 11.66 72
A6 타입 무선 충전기에서 제1코일과 제3코일의 인덕턴스 값의 규격은 12.2μH±10% 이고, 제2코일은 11.5μH±10%로 규정되어 있다. 상기 충전 코일의 인덕턴스 값은 차폐시트의 투자율에 비례하여 나타난다.
표 1에 나타난 바와 같이, 차폐시트로서 비교예 1의 가압소결방식(Press) MnZn 페라이트 시트를 사용할 경우 각 코일은 규정된 인덕턴스 값을 만족하고 저항도 낮다. 하지만, MnZn 페라이트 시트는 강도가 약하고, 두께가 1mm로 두꺼운 단점이 있다.
차폐시트로서 비교예 2의 가압소결방식(Press) NiZn 페라이트 시트를 사용할 경우 규정된 인덕턴스 값을 만족하고 저항도 낮지만 이 정도의 요구 특성을 만족하기 위해서는 두께가 매우 커야한다는 것을 알 수 있다.
차폐시트로서 비교예 3의 500㎛ 두께의 비정질 합금 리본을 사용할 경우 규정된 인덕턴스 값을 만족하고 두께도 얇지만 저항이 매우 높아지는 문제가 있다.
실시예 1에 따른 차폐시트는 규정된 인덕턴스 값을 만족하고 저항도 낮으며, 두께도 얇게 만들 수 있다. 즉, 비교예 1의 MnZn 페라이트 시트에 비해 약 1/3 정도의 두께로 형성할 수 있고, 제1차폐시트 및 제2차폐시트가 다수의 조각으로 분리되고, 분리된 조각들은 접착층에 의해 지지되므로 충격에 강하게 된다.
상기한 도면을 참고한 실시예 설명에서는 충전코일(10)의 하측에 투자율이 높은 차폐시트(20)의 제1차폐시트(22)가 배치되는 구조를 예를 들어 설명하였으나, 충전코일(10)의 하측에 투자율이 낮고 비저항이 큰 제2차폐시트(24)가 배치되는 구조를 갖는 것도 물론 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10: 충전코일 20: 차폐시트
22: 제1차폐시트 24: 제2차폐시트
30: 방열판 42: 제1접착층
44: 보호필름 46: 제2접착층
48: 제3접착층

Claims (15)

  1. 충전 코일의 하면에 배치되며 비저항이 다른 이종의 자성시트가 적층된 제1차폐시트 및 제2차폐시트를 포함하며,
    상기 제2차폐시트는 상기 제1차폐시트에 비해 상대적으로 비저항이 높은 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1차폐시트는 상기 제2차폐시트에 비해 상대적으로 투자율이 높은 자성재료인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1차폐시트는 비정질 합금의 리본시트 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2차폐시트는 페라이트 시트 또는 자성분말과 수지로 이루어진 폴리머 시트가 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 NiZn 페라이트가 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 NiZn 페라이트는 캐스팅 방식으로 제조된 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1차폐시트의 두께는 20~300㎛이고, 상기 제2차폐시트의 두께는 30~500㎛인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 차폐시트의 전체 두께는 100~1000㎛인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2차폐시트의 일면에는 보호필름이 제1접착층에 의해 부착되고, 타면에는 상기 제1차폐시트를 위한 제2접착층이 적층되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적층된 차폐시트의 배면에 부착되어 충전코일에서 발생된 열을 방열하는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 충전 코일의 하면에 제1차폐시트와 제2차폐시트 중 어느 하나가 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 차폐시트는 각각 다수의 미세 조각으로 분리된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 미세 조각은 수십㎛ 내지 3mm 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  14. 충전 코일의 하면에 위치되는 무선 전력 송신장치용 차폐시트로서,
    상기 차폐시트는
    와전류 손실(Eddy Current Loss)을 낮추도록 표면저항이 큰 자성체 세라믹으로 이루어지며 다수의 미세 조각으로 분리된 제1차폐시트; 및
    상기 제1차폐시트의 하면에 적층되고 투자율을 높이도록 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트로 이루어지며 다수의 미세 조각으로 분리된 제2차폐시트를 포함하는 무선 전력 송신장치용 차폐시트.
  15. 충전코일과, 상기 충전코일의 하측에 배치되어 상기 충전코일에서 발생하는 자기장을 차폐하는 차폐시트와, 상기 차폐시트의 하측에 배치되어 충전코일에서 발생되는 열을 방열하는 방열판을 포함하고,
    상기 자기장 차폐시트는 청구항 1 내지 청구항 11항 중 어느 한 항에 따른 차폐시트인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신장치.

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