KR20170053272A - 자성체 시트 및 무선 충전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태는 복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며, 상기 자성층의 일 측은 이와 인접한 다른 자성층의 일 측과 연속적으로 연결된 형태인 자성체 시트를 제공한다.
Description
본 발명은 자성체 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 차폐, 집속 등의 목적으로 자성체 시트를 배치한다. 이러한 자성체 시트는 수신부 코일에서 발생한 자기장이 배터리로 도달하는 것을 차단해주고, 무선전력 전송장치로부터 발생되는 전자기파를 효율적으로 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 역할을 한다.
이러한 자성체 시트를 사용하여 무선충전을 하는 경우, 지속적으로 수~수십 Watt의 전력이 이동하면서 재료와 회로의 손실이 발생할 수 있으며, 이에 따라 많은 열이 발생하게 된다. 따라서, 당 기술 분야에서는 자성체 시트 혹은 그 주변에서 발생한 열을 효율적으로 배출할 수 있는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 일 목적은 방열 성능이 향상된 자성체 시트 및 무선 충전장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 방열 성능이 우수한 자성체 시트의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 자성체 시트는 복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며, 상기 자성층의 일 측은 이와 인접한 다른 자성층의 일 측과 연속적으로 연결된 형태이다. 이러한 구조의 일 예로서, 상기 자성층은 이와 인접한 상기 다른 자성층과 일체 구조를 이룰 수 있으며, 나아가, 적층 횟수를 더욱 증가시킴으로써 상기 자성층은 이와 인접하지 않은 자성층과도 일체 구조를 이루도록 할 수 있다.
이러한 자성층의 연속적 연결 구조를 얻기 위하여, 상기 적층 구조는 자성층의 절곡 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 적층 구조는 하나의 시트를 1회 이상 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층한 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 자성체 시트 및 무선 충전장치의 경우, 서로 인접한 자성층이 연결됨으로써 방열 특성이 현저히 향상될 수 있는바, 이를 이용한 전자기기의 신뢰성 향상에 유리하다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 5 내지 7은 각각 본 발명의 일 예에서 채용될 수 있는 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 자성체 시트에서 자성층의 세부 형태를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 5 내지 7은 각각 본 발명의 일 예에서 채용될 수 있는 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 자성체 시트에서 자성층의 세부 형태를 나타낸 것이다.
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 자성체 시트(100)가 배치될 수 있다. 자성체 시트(100)는 수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일(21) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 자성체 시트(100)는 자속 중 적어도 일부가 배터리(22)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다. 이하, 자성체 시트(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3 및 도 5 내지 7은 각각 본 발명의 일 예에서 채용될 수 있는 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 것이다. 그리고, 도 4는 도 3의 자성체 시트에서 자성층의 세부 형태를 나타낸 것이다.
우선, 도 3에 도시된 예의 경우, 자성체 시트(100)는 복수의 자성층(101) 본 예에서는 2개 - 이 적층된 적층 구조를 포함하며, 자성층(101)의 일 측은 이와 인접한 다른 자성층(101)의 일 측과 연속적으로 연결된 형태이다.
무선 충전장치 등에서 전자파의 차단, 집속 등의 기능을 수행하는 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.
또한, 자성층(101)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.
본 예의 경우, 자성층(101)은 인접한 다른 자성층(101)과 연속적으로 연결된 형태이다. 이러한 형태의 일 예로서, 자성층(101)은 이와 인접한 다른 자성층(101)과 일체 구조를 이룰 수 있으며, 예를 들어, 자성층들(101)의 일 측을 연속적으로 연결하는 영역은 금속 자성 물질이나 페라이트 등과 같이 자성층(101)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상술한 구조를 가짐으로써, 자성체 시트(100)의 방열 기능이 향상될 수 있다. 도 3 및 도 5 내지 7에 도시된 형태와 같이 충분한 차폐 성능을 확보하기 위하여 복수의 자성층(101)을 적층하여 자성체 시트(100)를 구현하는 경우 이들 사이에 개재되는 이종의 물질, 예컨대, 접착제 등에 의하여 방열 효율이 저하될 수 있다. 통상적으로 사용되는 폴리머 수지 등으로 이루어진 접착제가 약 0.2 ~ 1 W/m·K 수준의 열전도도 값을 갖고 높은 열전도도를 갖는 물질로 채용한 경우에도 2 ~ 5 W/m·K 수준을 갖기 어려운 반면, 금속 리본 등으로 이루어진 자성층(101)은 5 ~ 20 W/m·K 정도의 열전도도를 갖기 때문에 이종 물질 간 방열 성능의 큰 차이를 보인다.
본 예시에 따른 자성체 시트(100)의 경우, 자성층(101)과 일체 구조를 이루는 연결부를 채용함으로써 인접한 자성층들(101)은 서로 연속적으로 연결될 수 있다. 이러한 구조에 의하여 대부분의 열은 접착제(102)보다는 이보다 방열 성능이 좋은 자성층(101)을 통하여 전달될 수 있으므로 자성체 시트(100)의 방열 효율이 향상될 수 있다.
자성층(101) 간의 연결 구조를 구현하기 위하여 본 예에서는 시트를 접어서 적층한 형태를 채용하였다. 구체적으로, 자성층(101)의 적층 구조는 하나의 시트를 1회 이상 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층한 형태로 구현될 수 있으며, 자성층(101)의 사이에는 접착제(102)가 개재되어 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 이러한 절곡 구조에 의하여 도 2에 도시된 형태와 같이, 자성층(101)의 일 측을 연속적으로 연결하는 영역은 자연스럽게 곡면 형태를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 형태는 하나의 시트를 1회 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층함으로써 2개의 자성층(101)이 적층된 형태를 구현한 것이다. 상술한 바와 같이, 이러한 연속적 적층 구조에 의하여 자성층(101) 간의 효율적인 방열 통로가 얻어질 수 있다.
상술한 구조를 얻기 위하여 시트를 접어서 적층하는 공정은 적절한 물리력을 적용하여 실행될 수 있으며, 필요한 경우 시트를 압착할 수 있는 기구 등을 이용할 수 있을 것이다. 자성층(101)을 이루는 물질이 주로 금속 리본이나 페라이트 등으로 낮은 연성을 갖기는 하지만, 도 3에 도시된 형태와 같이, 자성층(101)을 플레이크 처리하여 복수 개의 쇄편(P)으로 파쇄함으로써 보다 용이하게 시트를 절곡할 수 있을 것이다. 자성층(101)의 이러한 파쇄 구조는 자성층(101)의 전기적 연결을 적어도 부분적으로 끊어줌으로써 와전류를 감소시키는데 기여할 수 있다. 이 경우, 자성층(101)의 파쇄 구조는 자성층(101) 전체에 적용될 수 있고, 경우에 따라, 자성층(101)의 층간 연결을 위한 측면의 절곡 부위에만 적용될 수도 있을 것이다.
한편, 자성층(101) 사이에 개재된 접착제(102)는 당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 접착 물질, 예컨대, 공지된 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 인접한 자성층(101)을 물리적으로 결합시키거나 자성층(101)과 화학 결합을 형성하는 물질 등을 사용할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 것과 같이, 서로 연결된 자성층(101)의 효과적인 방열 구조가 채용됨에 따라, 본 예에서는 접착제(102)의 방열 특성의 중요도가 낮아질 수 있기 때문에 접착 성능을 우선적으로 고려하여 접착제(102)를 구성하는 물질을 채택할 수 있을 것이다.
도 3의 절곡 구조, 즉, 시트를 1회 절곡하여 2개의 자성층(101)이 적층된 기본 구조는 기본적인 기술적 사상을 유지하는 범위에서 다양하게 응용 및 변형될 수 있으며, 도 5 내지 7을 참조하여 이를 설명한다.
우선, 도 5에 도시된 예의 경우, 자성체 시트(100)는 자성층(101)이 4층의 적층 구조를 이루며, 이들 사이에는 접착제(102)가 배치되어 구조적인 안정성을 제공할 수 있다. 4층의 적층 구조를 구현하기 위하여, 도 3에 도시된 적층 구조는 복수 개 구비되어 서로 적층된 형태를 이루며, 구체적으로, 2개 구비된다. 이 경우, 하나의 적층 구조는 앞서 설명한 바와 같이, 각각 하나의 시트를 1회 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층한 형태이다. 본 예와 같이, 2개의 적층 구조를 접합하여 전체적으로 4층의 적층 구조를 용이하게 구현할 수 있으며, 종래와 비교하여 자성층(101)의 방열 성능이 현저히 향상될 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 예는 하나의 시트를 3회 이상 접어서 얻어진 형태로서 전체적인 일체 구조가 구현됨으로써 방열 특성이 더욱 향상될 수 있다. 즉, 하나의 시트를 3회 이상 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층하여 4개 이상의 자성층이 적층된 형태를 얻을 수 있으며, 도 6의 자성체 시트(100)에서는 하나의 시트를 3회 접어서 4개의 자성층(101)이 적층된 형태의 적층 구조를 얻었다. 본 예와 같이, 자성층(101)이 전체 영역에서 일체로 연결될 경우, 즉, 자성층(101)이 이와 인접하지 않은 자성층과도 일체 구조를 이룰 경우, 더욱 효과적인 방열 통로를 구현할 수 있다.
한편, 상술한 예들에서는 수직 방향, 두께 방향으로 적층된 형태만을 설명하였지만, 도 7에 도시된 예와 같이, 자성체 시트(100)는 복수의 적층 구조를 구비하며, 이들이 서로 수평적으로 배열될 수 있다. 이러한 변형된 배열 방식의 경우, 전자기기에서 원하는 형상이나 필요에 따라 적절히 채용될 수 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: 자성체 시트
101: 자성층
102: 접착제
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일
22: 배터리
30: 전자기기
100: 자성체 시트
101: 자성층
102: 접착제
Claims (13)
- 복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며,
상기 자성층의 일 측은 이와 인접한 다른 자성층의 일 측과 연속적으로 연결된 형태인 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 자성층은 이와 인접한 상기 다른 자성층과 일체 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제2항에 있어서,
상기 자성층은 이와 인접하지 않은 자성층과도 일체 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 자성층의 일 측을 연속적으로 연결하는 영역은 상기 자성층과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 자성층의 일 측을 연속적으로 연결하는 영역은 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 적층 구조는 복수 개 구비되어 서로 적층된 형태를 이루며, 각각 하나의 시트를 1회 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층한 형태인 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 적층 구조는 하나의 시트를 1회 이상 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층한 형태인 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제7항에 있어서,
상기 적층 구조는 하나의 시트를 3회 이상 접어서 두께 방향으로 오버랩되도록 적층하여 4개 이상의 자성층이 적층된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 적층 구조는 복수 개 구비되어 서로 수평적으로 배열된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 자성층 사이에 배치된 접착제를 포함하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 자성층은 금속 리본 형태인 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 자성층은 복수 개의 쇄편으로 파쇄된 구조인 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
- 코일부; 및
복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며, 상기 자성층의 일 측은 이와 인접한 다른 자성층의 일 측과 연속적으로 연결된 형태인 자성체 시트;
를 포함하는 무선 충전장치.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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ID=58839500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150155552A KR20170053272A (ko) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | 자성체 시트 및 무선 충전장치 |
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