KR20170053277A - 자성체 시트 및 무선 충전장치 - Google Patents

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KR20170053277A KR1020150155563A KR20150155563A KR20170053277A KR 20170053277 A KR20170053277 A KR 20170053277A KR 1020150155563 A KR1020150155563 A KR 1020150155563A KR 20150155563 A KR20150155563 A KR 20150155563A KR 20170053277 A KR20170053277 A KR 20170053277A
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Abstract

본 발명의 일 실시 형태는 복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며, 상기 자성층은 두께 방향으로 관통된 하나 이상의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀을 충진하는 접착제에 의하여 인접한 다른 자성층과 연결된 자성체 시트를 제공한다.

Description

자성체 시트 및 무선 충전장치 {Magnetic Sheet and Wireless Power Charging Device}
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 향상되면서도 얇은 두께를 갖는 자성체 시트 및 무선 충전장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 방열 성능이 우수하면서도 두께가 얇아 소형화에 유리한 자성체 시트의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 자성체 시트는 복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며, 상기 자성층은 두께 방향으로 관통된 하나 이상의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀을 충진하는 접착제에 의하여 인접한 다른 자성층과 연결된 형태이다.
또한, 다른 형태의 자성체 시트의 경우, 복수의 자성층 및 이들 사이에 접착부가 개재된 적층 구조를 포함하며, 상기 접착부는 관통홀을 갖는 접착지지층 및 상기 관통홀을 충진하는 접착제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 자성체 시트 및 무선 충전장치의 경우, 서로 인접한 자성층이 사이에 존재하던 접착제를 최소화함으로써 방열 특성이 현저히 향상될 수 있는바, 이를 이용한 전자기기의 신뢰성 향상에 유리하다. 또한, 이러한 구조에 따라 자성체 시트의 두께를 줄일 수 있으며, 이를 이용한 전자기기의 소형화에 적합할 수 있다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 5 내지 9는 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 9는 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)이 적층된 적층 구조를 포함하며, 접착제(102)는 자성층(101)에 두께 방향으로 관통된 관통홀을 충진하여 상기 적층 구조에서 층간의 결합력을 제공한다. 즉, 본 예에서 접착제(102)는 자성층(101) 사이에 층 형태로 제공되기 보다는 자성층(101)의 관통홀을 충진하는 형태로 제공되어 인접한 자성층(101)들을 연결하는 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.
이 경우, 도 3에 도시된 형태와 같이, 자성층(101)은 플레이크 처리되어 복수 개의 쇄편(P)으로 파쇄된 구조를 가질 수 있다. 자성층(101)의 이러한 파쇄 구조는 자성층(101)의 전기적 연결을 적어도 부분적으로 끊어줌으로써 와전류를 감소시키는데 기여할 수 있다.
자성층(101)의 관통홀에 충진된 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. 본 예와 같은 자성층(101)의 접착 구조, 즉, 접착제(102)가 자성층(101) 내에 도입되고 복수의 자성층들(101)은 서로 인접한 것끼리 직접 접촉된 형태에 의하여, 자성체 시트(100)의 방열 기능이 향상될 수 있으며, 나아가, 두께를 줄일 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 5 내지 9에 도시된 형태와 같이 충분한 차폐 성능을 확보하기 위하여 복수의 자성층(101)을 적층하여 자성체 시트(100)를 구현하는 경우 이들 사이에 개재되는 접착제 등의 이종 물질에 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) 사이에 개재되는 접착제를 최소화하는 대신 자성층(101)에 관통홀을 형성하고 이를 접착제(102)가 메우도록 함으로써 새로운 접착 구조를 얻도록 하였다. 이러한 접착 구조에 의하여 자성층(101) 사이의 안정적인 결합 구조를 유지하면서도 효과적인 열 방출에 불리한 접착제(102)가 차지하는 영역이 최소화되어 충분한 방열 성능을 확보할 수 있다. 나아가, 이렇게 접착제(102)가 차지하는 영역이 줄어든 만큼 자성체 시트(100)의 두께가 저감될 수 있는 것이다.
다만, 자성층(101)의 관통홀에 접착제(102)가 존재한다고 하여 자성층(101) 사이에 전혀 접착제(102)가 존재하지 않는 것은 아니며 접착 성능을 보완하기 위하여 추가적인 접착 물질이 적용될 수 있을 것이다. 또한 관통홀을 충진하는 과정에서 미량의 접착제(102)가 자성층(101)로 흘러들 수도 있을 것이다.
한편, 자성층(101)에 관통홀을 형성하는 공정의 경우, 당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있을 것이며, 예를 들어, 드릴이나 핀 등의 기계적 가공이나 레이저 가공 등을 활용할 수 있으며, 화학적 에칭을 이용할 수도 있다. 이 경우, 도 3의 예에서는 자성층(102)이 복수의 관통홀을 갖고 이에 모두 접착제(102)가 충진된 형태를 설명하고 있지만, 일부의 관통홀은 접착제(102)가 메우지 않는 경우도 가능하며, 경우에 따라서는 하나의 자성층(101)에 하나의 관통홀만 형성할 수도 있을 것이다. 또한, 접착제(102)를 자성층(101)의 관통홀에 충진하는 공정의 경우, 관통홀이 형성된 자성층(101)을 접착제 액에 담가두는 방법이나 스크린 인쇄, 스프레이 코팅 등의 다양한 방법을 이용할 수 있을 것이다.
또한, 도 3의 예에서는 관통홀을 충진하는 접착제(102)는 인접한 다른 자성층(101)에서 관통홀을 충진하는 접착제(102)와 대응되는 위치에 형성되어 있다. 즉, 서로 다른 층에 존재하는 접착제(102)는 서로 연결되어 있고 자성층(101)은 인접한 다른 자성층(101)과 접착제(102)를 매개하지 않고 직접 접촉된 형태로서 방열 성능 향상에 유리하다. 다만, 보다 견고하고 안정적인 접착 구조를 얻기 위하여, 도 5에 도시된 예와 같이, 자성층(101)에서 관통홀을 충진하는 접착제(102)는 인접한 다른 자성층(101)에서 관통홀을 충진하는 접착제(102)와 엇갈리는 위치에 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 6 및 7의 예시들은 앞선 실시 형태와 접착지지층(103)이 자성층(101) 사이에 개재된 형태에서만 차이가 있으므로 접착지지층(103)에 대해서만 설명한다. 접착지지층(103)은 복수의 자성층들(101) 사이에 개재되어 접착층(102)과 연결되어 있으며, 서로 인접한 자성층들(101) 사이에 층간 절연 구조를 제공함으로써 와전류 손실의 저감 효과 등을 얻을 수 있다. 접착지지층(103)은 자성층(101)을 접합하기 위하여 종래에 사용되던 양면테이프의 베이스와 같은 물질을 사용할 수 있으며, 예컨대, PET 필름 등으로 이루어질 수 있다.
본 예시들의 경우에도, 서로 다른 층에 존재하는 접착제(102)는 서로 대응하는 위치에 형성되거나(도 6), 결합력 향상을 위하여 자성층(101)에서 관통홀을 충진하는 접착제(102)는 인접한 다른 자성층(101)에서 관통홀을 충진하는 접착제(102)와 엇갈리는 위치에 형성될 수 있다(도 7).
다음으로, 도 8 및 도 9의 예시들은 접착제(102)가 자성층(101) 아닌 접착지지층(103)의 관통홀에 충진되어 자성층(101)을 접합시키는 형태로서, 접착제(102)와 접착지지층(103)을 접착부로 칭할 수 있을 것이다. 본 예시들에 따른 자성체 시트(100)의 경우에도 접착제(102)가 차지하는 영역을 최소화함으로써 방열 성능을 높이도록 하였으며, 또한, 접착지지층(103)의 상하면에는 접착제(102)가 형성되어 있지 않거나 최소한으로만 적용되어 있으므로 두께를 저감할 수 있다. 본 예시들의 경우에도, 복수의 자성층(101)이 3개 이상 구비되고 접착부는 2개 이상 구비되는 경우, 서로 인접한 접착부는 접착제(102)가 서로 대응되는 위치에 형성되거나(도 8), 결합력 향상을 위하여 엇갈린 위치에 형성될 수 있다(도 9).
또한, 앞선 설명과 유사하게, 접착지지층(103)에 관통홀을 형성하는 공정의 경우, 당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있을 것이며, 예를 들어, 드릴이나 핀 등의 기계적 가공이나 레이저 가공 등을 활용할 수 있으며, 화학적 에칭을 이용할 수도 있다. 이 경우, 도 8 및 9의 예에서는 접착지지층(103)이 복수의 관통홀을 갖고 이에 모두 접착제(102)가 충진된 형태를 설명하고 있지만, 일부의 관통홀은 접착제(102)가 메우지 않는 경우도 가능하며, 경우에 따라서는 하나의 접착지지층(103)에 하나의 관통홀만 형성할 수도 있을 것이다. 또한, 접착제(102)를 접착지지층(103)의 관통홀에 충진하는 공정의 경우, 관통홀이 형성된 접착지지층(103)을 접착제 액에 담가두는 방법이나 스크린 인쇄, 스프레이 코팅 등의 다양한 방법을 이용할 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
103: 접착지지층

Claims (11)

  1. 복수의 자성층이 적층된 적층 구조를 포함하며,
    상기 자성층은 두께 방향으로 관통된 하나 이상의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀을 충진하는 접착제에 의하여 인접한 다른 자성층과 연결된 자성체 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자성층들은 서로 인접한 것끼리 직접 접촉된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은 복수 개 구비된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성층에서 관통홀을 충진하는 접착제는 인접한 다른 자성층에서 관통홀을 충진하는 접착제와 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성층에서 관통홀을 충진하는 접착제는 인접한 다른 자성층에서 관통홀을 충진하는 접착제와 엇갈리는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자성층들 사이에 개재되어 상기 접착층과 연결된 접착지지층을 포함하는 자성체 시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자성층들 사이에는 추가적인 접착제가 개재되지 아니한 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자성층은 복수 개의 쇄편으로 파쇄된 구조인 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  9. 복수의 자성층 및 이들 사이에 접착부가 개재된 적층 구조를 포함하며,
    상기 접착부는 관통홀을 갖는 접착지지층 및 상기 관통홀을 충진하는 접착제를 포함하는 자성체 시트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 자성층은 3개 이상 구비되고 상기 접착부는 2개 이상 구비되며, 서로 인접한 접착부는 상기 접착제가 서로 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 자성층은 3개 이상 구비되고 상기 접착부는 2개 이상 구비되며, 서로 인접한 접착부는 상기 접착제가 서로 엇갈린 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
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