KR20160137295A - 전자파 차폐 시트 및 무선 충전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태는 두께 방향으로 관통된 복수의 관통홀을 갖는 제1 자성층 및 상기 복수의 관통홀을 충진하며 상기 제1 자성층이 차폐하는 전자파의 주파수 대역과 다른 주파수 대역을 차폐하는 제2 자성층을 포함하는 전자파 차폐시트를 제공한다.
Description
본 발명은 전자파 차폐 시트 및 무선 충전장치에 관한 것이다.
전자기기의 소형화 및 경량화로 각종 전자기기의 중량이 가벼워짐에 따라 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 비접촉형, 즉, 무선 충전 방식이 주목 받고 있다.
무선충전 방식은 전자기 유도를 이용하여 충전하는 방식으로, 충전기(무선전력 전송장치)에 1차 코일(송신부 코일)을 구비하고 충전 대상(무선전력 수신장치)에 2차 코일(수신부 코일)을 구비하여, 1차 코일과 2차 코일 간의 유도결합에 의해 발생한 전류를 에너지로 변환하여 배터리를 충전하는 방식이다.
이때, 수신부 코일과 배터리 사이에 전자파 차폐시트를 배치한다. 차폐시트는 수신부 코일에서 발생한 자기장이 배터리로 도달하는 것을 차단해주고, 무선전력 전송장치로부터 발생되는 전자기파를 효율적으로 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 역할을 한다.
한편, 전자파 차폐 시트에서는 자성체 내부의 자속 변화에 따른 기전력으로 인하여 소용돌이 모양의 전류가 흐르는 와전류(Eddy Current)가 발생할 수 있는데 와전류에 따라 전력 손실이 발생하며 자성체의 온도를 상승시키는 문제가 있다. 또한, 이러한 와전류에 의해 발생되는 자기장은 송신부에서 발생하는 자기장의 방향에 역으로 작용하여, 충전효율의 저하에도 큰 영향을 끼칠 수 있다.
본 발명의 일 목적은 서로 다른 주파수 대역에서 차폐 기능을 수행함으로써 복수의 무선 충전 방식에 이용될 수 있는 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 와전류에 의한 영향을 저감함으로써 발열 특성과 충전 효율 등이 향상될 수 있는 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 서로 다른 무선 충전 방식을 하나의 시트를 통해 구현할 수 있으며 슬림화에 유리하며 나아가, 발열 특성과 충전 효율이 향상된 전자파 차폐시트의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 전자파 차폐시트는 관통홀을 갖는 제1 자성층과 상기 관통홀을 충진하도록 형성된 제2 자성층을 포함하는 구조이다.
이 경우, 상기 제2 자성층은 상기 제1 자성층이 차폐하는 전자파의 주파수 대역과 다른 주파수 대역을 차폐함으로써 상술한 다중 무선 충전장치를 구현할 수 있다. 예를 들어, 제1 자성층은 100 ~ 300KHz의 주파수 대역을 차폐하고, 제2 자성층은 6 ~ 7MHz의 주파수 대역을 차폐할 수 있는데, 보다 구체적으로, 제1 자성층은 전자기 유도 방식을 위한 차폐 기능을 수행할 수 있으며, 제2 자성층은 약 6.78MHz의 주파수를 이용하는 자기 공명 방식을 위한 차폐 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치의 경우, 서로 다른 주파수 대역에서 차폐 기능을 수행함으로써 복수의 무선 충전 방식에 이용될 수 있다.
나아가, 이러한 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치를 이용할 경우 와전류에 의한 영향이 저감되어 발열 특성과 충전 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 것으로서 각각 평면도 및 단면도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 것으로서 각각 평면도 및 단면도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템을 개략적으로 나타낸 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 무선충전 시스템은 전자장치무선전력 전송장치(10)와 무선전력 수신장치(20)로 구성될 수 있으며, 무선전력 수신장치(20)는 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 전자기기(30)에 포함될 수 있다.
무선전력 전송장치(10)의 내부를 보면, 기판(12) 상에 송신부 코일(11)이 형성되어 있어 무선전력 전송장치(10)로 교류전압이 인가되면 주위에 자기장이 형성된다. 이에 따라, 무선전력 수신장치(20)에 내장된 수신부 코일(21)에는 송신부 코일(11)로부터 유도된 기전력이 발생되어 배터리(22)가 충전될 수 있다.
배터리(22)는 충전과 방전이 가능한 니켈수소 전지 또는 리튬이온 전지가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(22)는 무선전력 수신장치(20)와는 별도로 구성되어 무선전력 수신장치(20)에 착탈이 가능한 형태로 구현될 수 있고, 또는 배터리(22)와 무선전력 수신장치(20)가 일체로 구성되는 일체형으로 구현될 수도 있다.
송신부 코일(11)과 수신부 코일(21)은 전자기적으로 결합되어 있으며, 구리 등의 금속 와이어를 권회하여 형성될 수 있다. 이 경우, 권회 형상은 원형, 타원형, 사각형, 마름모형 등이 될 수 있으며, 전체적인 크기나 권회 횟수 등은 요구되는 특성에 따라 적절하게 제어하여 설정할 수 있다.
수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에는 전자파 차폐시트(100)가 배치될 수 있다. 전자파 차폐시트(100)는 수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일(21) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 전자파 차폐시트(100)는 자속 중 적어도 일부가 배터리(22)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다. 이하, 전자파 차폐시트(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 것으로서 각각 평면도 및 단면도에 해당한다. 전자파 차폐시트(100)는 제1 및 제2 자성층(101, 102)을 포함하는 구성으로서, 도 3 및 도 4에서 볼 수 있듯이, 제1 자성층(100)은 두께 방향으로 관통된 복수의 관통홀을 갖고, 제2 자성층(102)이 상기 복수의 관통홀을 충진하는 형태이다. 이 경우, 제1 및 제2 자성층(101, 102)은 서로 차폐하는 전자파의 주파수 대역이 서로 다르다. 여기서, 서로 다른 주파수 대역이라 함은 집속 및 차폐하는 주된 주파수 영역이 서로 다른 것을 의미하며, 집속 및 차폐하는 전자파의 주파수가 서로 완전히 다름을 의미하는 것은 아니다.
구체적으로, 제1 자성층(101)은 100 ~ 300KHz의 주파수 대역을 차폐하고, 제2 자성층(102)은 6 ~ 7MHz의 주파수 대역을 차폐할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 자성층(101)은 전자기 유도 방식을 위한 차폐 기능을 수행할 수 있으며, 제2 자성층(102)은 약 6.78MHz의 주파수를 이용하는 자기 공명 방식을 위한 차폐 기능을 수행할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서 제안하는 자기장 차폐시트(100)는 서로 다른 주파수 대역에 대한 집속 및 차폐 기능을 수행할 수 있으므로 서로 다른 무선충전 방식을 하나의 시트에서 구현할 수 있으므로 무선 충전장치나 전자기기의 슬림화에 유리한 형태이다.
상술한 기능을 수행하기 위하여, 제1 자성층(101)은 비정질 합금이나 나노 결정립 합금 등으로 이루어진 박판의 금속 리본을 사용할 수 있다. 이 경우, 비정질 합금으로는 Fe계 또는 Co계 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 자성 합금은, 예를 들어, Fe-Si-B 합금을 사용할 수 있으며, Fe를 비롯한 금속의 함유량이 높을수록 포화 자속 밀도가 높아지지만, Fe 원소의 함유량이 과다할 경우 비정질을 형성하기 어려우므로 Fe의 함량은 70-90atomic%일 수 있으며, Si 및 B의 합이 10-30atomic%의 범위일 때 합금의 비정질 형성능이 가장 우수하다. 이러한 기본 조성에 부식을 방지시키기 위해 Cr, Co 등 내부식성 원소를 20 atomic% 이내로 첨가할 수도 있고, 다른 특성을 부여하도록 필요에 따라 다른 금속 원소를 소량 포함할 수 있다.
다음으로, 나노 결정립 합금을 이용할 경우에는 예를 들어, Fe계 나노 결정립 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 나노 결정립 합금은 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금을 사용할 수 있다.
제2 자성층(102)은 연자성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Mn-Zn계, Mn-Ni계, Ba, Sr계 페라이트 물질로 형성될 수 있으며, 나아가, 이들 물질을 나노 결정 분말로 형성할 수 있다.
한편, 제1 자성층(101)에 관통홀을 형성하는 방법은 당 기술 분야에서 공지된 공정을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 금속 리본을 기계적 가공하여 관통홀을 형성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 2개의 주파수 대역에서 기능할 수 있는 시트를 제안하고 있지만 이에 제한되는 것은 아니며, 필요한 주파수 대역에 따라 3개 혹은 그 이상의 자성층을 사용할 수도 있을 것이다.
상술한 구조를 가짐으로써, 전자파 차폐시트(100)는 복수의 주파수 대역에서 차폐 기능과 함께 와전류에 의한 영향을 저감할 수 있다. 무선 충전 등의 과정에서 전자파 차폐시트(100)의 내부에서는 자속 변화에 따른 기전력으로 인하여 소용돌이 모양의 와전류가 발생할 수 있다. 본 실시 형태에서는 상술한 와전류에 의한 영향을 줄이기 위하여 제2 자성층(102)을 제1 자성층(101)보다 비저항이 큰 물질, 즉, 전기전도성이 낮은 물질로 형성하였다. 이러한 형태는 앞서 설명한 물질들을 채용할 경우(예컨대, 제1 자성층으로 금속 리본, 제2 자성층으로 페라이트를 이용할 경우)에도 얻어질 수 있다. 이 경우, 전기전도도가 상대적으로 낮은 제2 자성층(102)이 내부에 배열됨에 따라 제1 자성층(101)에 발생되는 와전류가 저감될 수 있다. 이러한 와전류 저감 기능을 더욱 향상하기 위한 측면에서, 제2 자성층(102)을 전기 절연성 물질로 형성할 수도 있다.
한편, 상술한 기능들을 수행하기 위하여, 제2 자성층(102)은 도 3에 도시된 것과 같이 규칙적인 패턴 형상으로 제1 자성층(101)에 배열될 수 있으며, 다만, 패턴 형상은 도 3과 달리 지그재그 형태 등으로 변형될 수 있을 것이다. 또한, 제2 자성층(102)은 불규칙한 형태로 제1 자성층(101)에 배열될 수도 있을 것이며, 이 경우에도 전자파의 집속 및 차단, 와전류 저감 등의 기능이 발현될 수 있다.
상술한 전자파 차폐시트(100)는 단일층이 아닌 복수 개 구비된 적층 구조를 가질 수 있으며, 이 경우, 의도하는 차폐 기능이나 전자기기의 크기 등에 따라 적층 수는 적절히 조절될 수 있다. 이를 도 5 내지 7을 참조하여 설명하면, 이들 실시 형태에서 제안하는 전자파 차폐시트(200, 300, 400)의 경우, 제1 자성층(101)은 복수 개(도 5 및 7에서는 2개, 도 6에서는 3개) 구비되어 적층된 구조를 가지며, 각각의 제1 자성층(101)은 도 5 및 도 6의 예와 같이 접착층(103)에 의하여 서로 결합될 수 있다. 이와 달리, 도 7의 예와 같이 제1 자성층(101)은 접착층에 의하지 아니하고 결합될 수도 있다. 접착층에 의하지 않을 경우에는 제2 자성층(102)을 페이스트나 미경화 상태로 제1 자성층(101)에 충진한 후 압력, 열 등을 가함으로써 상술한 적층 구조를 얻을 수 있다.
또한, 복수의 제1 자성층(101)이 적층된 구조를 이용할 경우, 제2 자성층(102)의 위치는 전자파 차폐 기능을 고려하여 조절될 수 있다. 구체적으로, 도 5 내지 7에 도시된 것과 같이, 제2 자성층(102)은 복수의 제1 자성층(101) 중 상부 또는 하부에 위치한 것에 배치된 다른 제2 자성층(102)과 서로 엇갈린 위치에 배치될 수 있으며 이러한 배치 방식으로 보다 효율적인 전자파 차폐가 실현될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 전자파 차폐시트를 설명한다. 도 8의 실시 형태의 경우, 제1 자성층(101`)은 복수 개의 쇄편으로 파쇄된 구조로서 이러한 플레이크 처리에 의하여 제1 자성층(101`)의 와전류를 더욱 저감될 수 있다. 제1 자성층(101`) 외에도, 도 9의 실시 형태와 같이, 필요에 따라 제2 자성층(102`)도 파쇄하여 복수 개의 쇄편으로 분리할 수도 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 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.
10: 무선전력 전송장치
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일
22: 배터리
30: 전자기기
100: 전자파 차폐시트
101, 101`: 제1 자성층
102, 102`: 제2 자성층
103: 접착층
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일
22: 배터리
30: 전자기기
100: 전자파 차폐시트
101, 101`: 제1 자성층
102, 102`: 제2 자성층
103: 접착층
Claims (16)
- 두께 방향으로 관통된 복수의 관통홀을 갖는 제1 자성층; 및
상기 복수의 관통홀을 충진하며 상기 제1 자성층이 차폐하는 전자파의 주파수 대역과 다른 주파수 대역을 차폐하는 제2 자성층;
을 포함하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 자성층은 100 ~ 300KHz의 주파수 대역을 차폐하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 자성층은 전자기 유도 방식을 위한 차폐 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 자성층은 6 ~ 7MHz의 주파수 대역을 차폐하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 자성층은 자기 공명 방식을 위한 차폐 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 자성층은 규칙적인 패턴 형상으로 상기 제1 자성층에 배열된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 자성층은 상기 제1 자성층보다 비저항이 큰 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 자성층은 연자성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 자성층은 전기 절연성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 자성층은 금속 리본 형태인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 자성층은 복수 개 구비되어 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제11항에 있어서,
상기 복수의 제1 자성층은 접착층에 의하여 서로 결합된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제11항에 있어서,
상기 복수의 제1 자성층은 접착층에 의하지 아니하고 서로 직접 결합된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제11항에 있어서,
상기 제2 자성층은 상기 복수의 제1 자성층 중 상부 또는 하부에 위치한 것에 배치된 다른 제2 자성층과 서로 엇갈린 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 자성층은 복수 개의 쇄편으로 파쇄된 구조인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 코일부; 및
두께 방향으로 관통된 복수의 관통홀을 갖는 제1 자성층, 및 상기 복수의 관통홀을 충진하며 상기 제1 자성층이 차폐하는 전자파의 주파수 대역과 다른 주파수 대역을 차폐하는 제2 자성층을 포함하는 전자파 차폐시트;
를 포함하는 무선 충전장치.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101866118B1 (ko) * | 2017-01-23 | 2018-06-08 | 한국과학기술원 | 항공기 캐노피용 전자파 차폐 필름 및 그의 제조방법 |
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| KR20140065364A (ko) * | 2012-11-21 | 2014-05-29 | 동부씨엔아이 주식회사 | 무선 충전 및 근거리 통신 동시 구현용 하이브리드 자성시트 및 이를 포함하는 하이브리드 전자부품 모듈 |
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-
2015
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