KR20170130230A - 차량용 무선 전력 송신장치 - Google Patents
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Abstract
차량용 무선전력 송신장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 무선전력 송신장치는 무선 전력을 송신하기 위한 하나 이상의 평판형 코일과, 상기 평판형 코일의 일면에 배치되는 자기장 차폐시트를 포함하는 무선전력 전송모듈; 상기 무선전력 전송모듈이 일측에 결합되고, 상기 무선전력 전송모듈을 구동하기 위한 적어도 하나의 회로기판이 내장되며, 열원에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열케이스; 및 상기 방열케이스의 외부면에 도포되어 방열성을 향상시키기 위한 방열코팅층; 및 상기 평판형 코일이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 방열케이스와 착탈가능하게 결합되는 커버;를 포함한다. 이와 같은 차량용 무선전력 송신장치는 차량 내에 비치되거나 매립되어 휴대단말기의 메인배터리를 충전하는데 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 무선전력 전송 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외부로 노출되는 커버의 표면온도를 낮출 수 있는 차량용 무선전력 송신장치에 관한 것이다.
최근 들어 외부의 전력으로 배터리를 충전하여 사용하는 전기기기, 예컨대 휴대폰이나 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assis, PMP(Portable Multimedia Player) 및 내비게이션 등과 같은 이동단말기의 사용이 증가하고 있다.
이에 따라, 이동단말기의 사용과 관련된 주변 환경이 차량과 같은 동적인 공간까지 확산되고 있는 추세이다.
그 일환으로, 무선전력 전송방식을 이용하는 무접점 방식의 충전시스템이 제시되고 있다.
상기 무접점 방식의 충전시스템은 차량 전원에서 공급되는 전기에너지를 무선 전송방식으로 공급하는 것으로, 차량 내에 매립되는 무선전력 송신장치와, 무선전력 송신장치에서 전기에너지를 전송받는 단말기 측의 무선전력 수신모듈을 포함한다.
이러한 무접점 방식의 일례로서 자기유도방식에 의한 충전방식이 많이 사용되고 있다. 이는 무선전력 송신장치에 1차 코일(전력송신코일)을 구비하고 단말기의 무선전력 수신모듈에 2차 코일(유도코일, 전력수신코일)을 구비하여, 단말기가 무선전력 송신장치에 근접할 경우 1차 코일과 2차 코일 간 유도결합에 의해 단말기가 충전되도록 하는 방식이다.
이때, 상기 무선전력 송신장치는 차량 내의 매립설치를 위하여 외부케이스 및 외부케이스와 결합되는 커버를 포함한다. 이때, 상기 외부케이스는 방열을 위하여 알루미늄의 소재를 이용한다.
그러나, 상기 외부케이스가 알루미늄 재질로 이루어진 경우 어느 정도의 방열효과는 기대할 수 있으나 단말기가 직접 접촉하는 커버의 표면온도를 낮추는 데는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 커버와 결합되는 방열케이스에 방열성능을 높이기 위한 방열코팅층이 형성됨으로써 커버의 표면온도를 낮출 수 있는 차량용 무선전력 송신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자기장 차페시트의 일면에 금속재질로 이루어진 방열플레이트를 배치함으로써 체결성을 높이고 평판형 코일의 작동시 발생되는 발열 문제를 개선할 수 있는 차량용 무선전력 송신장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무선 전력을 송신하기 위한 복수 개의 평판형 코일과, 상기 평판형 코일의 일면에 배치되는 자기장 차폐시트를 포함하는 무선전력 전송모듈; 상기 무선전력 전송모듈이 일측에 결합되고, 상기 무선전력 전송모듈을 구동하기 위한 적어도 하나의 회로기판이 내장되며, 열원에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열케이스; 상기 방열케이스의 외부면에 도포되어 방열성을 향상시키기 위한 방열코팅층; 및 상기 평판형 코일이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 방열케이스와 착탈가능하게 결합되는 커버;를 포함하는 차량용 무선전력 송신장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방열코팅층은, 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분; 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 8~72중량부로 포함되는 카본계 필러; 및 방열성 및 부착성 향상을 위한 물성증진성분;을 포함할 수 있다.
이때, 상기 카본계 필러는 그라파이트 및 카본블랙 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 주제수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 글리시딜에테르형 에폭시 수지일 수 있으며, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 350~600g/eq일 수 있다.
또한, 상기 방열코팅층은 점도가 10~200cps일 수 있다.
또한, 상기 방열케이스는, 열전도도가 우수한 알루미늄과 같은 금속재질일 수 있고, 그라파이트의 표면에 결정화된 나노금속 입자가 결합된 그라파이트 복합체 및 상기 그라파이트 복합체가 분산상을 형성하는 고분자 수지를 포함하는 방열부재 형성 조성물로 이루어질 수 있으며, 금속플레이트에 방열부재 형성 조성물이 인서트 몰딩을 통해 일체화된 형태일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 복합체는 나노금속 입자상에 코팅된 카테콜아민층을 포함할 수 있고, 상기 나노금속 입자는 Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 차폐시트의 일면에 부착되어 체결부재를 매개로 상기 자기장 차폐시트를 상기 방열케이스에 고정함과 아울러 상기 평판형 코일에서 발생되는 열을 상기 방열케이스로 전달할 수 있도록 금속재질로 이루어진 판상의 방열플레이트를 포함할 수 있다.
이때, 상기 방열플레이트는 적어도 일부가 상기 방열케이스와 접하도록 배치될 수 있으며, 상기 방열플레이트는 구리 및 알루미늄 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열플레이트는 상기 평판형 코일로부터 인출되는 연결단자가 상기 회로기판에 연결될 수 있도록 테두리로부터 내측으로 인입되는 적어도 하나의 개구부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 자기장 차폐시트는 상기 평판형 코일 주위의 공기가 상기 방열플레이트 측으로 이동할 수 있도록 소정의 면적으로 관통되는 적어도 하나의 제1통과공이 형성될 수 있으며, 상기 제1통과공은 상기 평판형 코일의 중공부와 대응되는 영역에 관통형성될 수 있다.
이때, 상기 방열플레이트는 상기 통과공과 대응되는 영역에 소정의 면적으로 관통형성되는 제2통과공이 형성되고, 상기 회로기판은 상기 제2통과공과 대응되는 위치에 온도센서가 배치될 수 있다.
또한, 상기 방열플레이트는 열전도도를 갖는 접착층을 매개로 상기 자기장 차폐시트의 일면에 부착될 수 있다.
또한, 상기 방열플레이트 및 회로기판의 사이에는 전기적인 절연을 위한 절연부재가 배치될 수 있다.
또한, 상기 방열케이스의 바닥면과 회로기판의 사이에는 상기 회로기판에서 발생되는 열을 방열케이스 측으로 전달하여 방열성능을 높이기 위한 적어도 하나의 열전달부재가 상기 방열케이스의 바닥면과 회로기판의 일면에 각각 접하도록 배치될 수 있으며, 상기 열전달부재는 상변이 화합물 및 열전도성 필러 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 열전도성 필러는 금속 필러, 세라믹 필러 및 카본계 필러 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전달부재는 상기 회로기판에 실장되는 발열소자와 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명은 무선 전력을 송신하기 위한 복수 개의 평판형 코일; 상기 평판형 코일에서 발생하는 자기장을 차폐하여 외부 누출을 방지함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트; 및 금속재질로 이루어지고 상기 자기장 차폐시트의 일면에 부착되는 판상의 방열플레이트;를 포함하는 차량용 무선전력 송신모듈을 제공한다.
본 발명에 의하면, 방열코팅층을 통하여 방열케이스의 방열성능을 높여 줌으로써 커버의 표면온도를 낮출 수 있으며, 방열플레이트를 통하여 체결성 및 발열 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 송신장치를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에서 커버를 제거한 상태를 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 분리도,
도 4는 도 1의 부분절개도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 무선전력 송신장치에서 방열케이스로 구현되는 방열부재 형성 조성물의 세부구성을 나타낸 개략도,
도 6은 도 5에 적용되는 그라파이트 복합체를 나타낸 모식도로서, (a)는 그라파이트, 나노금속 및 카테콜아민으로 구성되는 경우이고, (b)는 그라파이트, 나노금속, 카테콜아민 및 고분자로 구성되는 경우를 나타낸 도면, 그리고,
도 7은 본 발명에 적용되는 방열케이스가 방열부재 형성 조성물과 금속플레이트가 일체화된 상태로 구현되는 경우를 나타낸 부분절개도이다.
도 2는 도 1에서 커버를 제거한 상태를 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 분리도,
도 4는 도 1의 부분절개도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 무선전력 송신장치에서 방열케이스로 구현되는 방열부재 형성 조성물의 세부구성을 나타낸 개략도,
도 6은 도 5에 적용되는 그라파이트 복합체를 나타낸 모식도로서, (a)는 그라파이트, 나노금속 및 카테콜아민으로 구성되는 경우이고, (b)는 그라파이트, 나노금속, 카테콜아민 및 고분자로 구성되는 경우를 나타낸 도면, 그리고,
도 7은 본 발명에 적용되는 방열케이스가 방열부재 형성 조성물과 금속플레이트가 일체화된 상태로 구현되는 경우를 나타낸 부분절개도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 송신장치(100)는 무선전력 전송모듈, 방열케이스(130,230), 방열코팅층(140) 및 커버(150)를 포함한다.
본 발명에서 말하는 전자기기는 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기일 수 있다. 또한, 상기 무선전력 송신장치(100)는 상기 방열케이스(130,230)에 결합되는 커버(150)의 일면이 외부로 노출되도록 매립설치될 수 있다.
상기 무선전력 전송모듈은 충전이 필요한 전자기기 측으로 무선전력을 송출하기 위한 것으로, 하나 이상의 평판형 코일(111,112,113)과 자기장 차폐시트(114)를 포함할 수 있다.
상기 평판형 코일(111,112,113)은 전원공급시 무선전력을 송출하여 상기 전자기기가 필요로 하는 전력을 전달하기 위한 것으로, 상기 전자기기에 내장된 수신코일 측으로 무선 전력을 송출하여 전력을 생산하기 위한 송신코일의 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 전자기기 측에는 상기 평판형 코일(111,112,113)과 대응되는 별도의 수신용 안테나(일례로, 수신 코일(Rx coil))가 구비됨으로써 전자기 유도 현상에 의하여 상기 평판형 코일에서 변화하는 자기장의 변화를 통해 수신 코일 측에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되게 된다.
이와 같은 평판형 코일(111,112,113)은 Qi 방식, PMA 방식 또는 A4WP 방식 중 어느 하나의 방식으로 작동할 수 있으며, 접근하는 무선전력 수신모듈의 작동방식에 맞추어 Qi 방식, PMA 방식 및 A4WP 방식 중 두 개 이상의 방식이 전환되는 형태로 작동될 수도 있다.
이와 같은 평판형 코일(111,112,113)은 양 단부측에 한 쌍의 연결단자(111a,112a,113a)를 갖는 소정 길이의 도전성부재가 시계방향 또는 반시계방향으로 복수 회 권선되는 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형으로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 도전성부재는 구리와 같은 도전성을 갖는 금속재질일 수 있으며, 소정의 선경을 갖는 복수 개의 가닥이 길이방향을 따라 꼬인 형태로 구비될 수도 있다.
이때, 상기 평판형 코일(111,112,113)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 적어도 일부가 서로 중첩되도록 적층될 수 있다. 일례로, 상기 평판형 코일(111,112,113)은 3개로 구비될 수 있으며, 세 개의 평판형 코일(111,112,113) 중 어느 하나의 평판형 코일(111)이 나머지 두 개의 평판형 코일(112,113)의 상부측에 배치되되, 나머지 두 개의 평판형 코일(112,113)과 각각 일부가 서로 중첩되도록 배치될 수 있다(도 1 참조).
그러나 본 발명에 적용되는 평판형 코일(111,112,113)의 개수 및 배치관계를 이에 한정하는 것은 아니며 상기 평판형 코일(111,112,113)의 배치관계 및 전체개수는 설계조건에 따라 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
더불어, 무선전력을 송출하는 안테나의 역할을 평판형 코일(111,112,113)이 수행하는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 평판형 코일(111,112,113)은 회로기판의 일면에 동박이나 전도성 잉크를 이용하여 루프형태로 패턴형성된 안테나패턴으로 대체되어 상기 안테나패턴이 무선전력 전송용 안테나의 역할을 수행할 수도 있음을 밝혀둔다.
상기 자기장 차폐시트(114)는 상기 평판형 코일(111,112,113)의 일면에 배치되어 상기 평판형 코일(111,112,113)에 유기되는 무선 전력 신호에 의해 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 역할을 수행한다.
이와 같은 자기장 차폐시트(114)는 소정 면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시킬 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 자기장 차폐시트(114)는 공지의 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 자기장 차폐시트(114)는 비정질 합금 및 나노 결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 박판의 리본시트, 페라이트 시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있으며, 상기 페라이트 시트는 Mn-Zn 페라이트 및 Ni-Zn 페라이트 중 1종 이상을 포함하는 소결 페라이트 시트로 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 자기장 차폐시트(114)는 플레이크 처리되어 복수 개로 분리형성될 수 있으며, 다층구조로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 자기장 차폐시트(114)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 차폐시트로 사용되는 재료는 통상적으로 사용되는 공지의 재료가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 방열케이스(130,230)는 상기 평판형 코일(111,112,113)과 전기적으로 연결되어 전체적인 구동을 제어하는 적어도 하나의 회로기판(161,162)을 내부에 수용할 수 있도록 수용공간을 갖는 함체형상으로 구비될 수 있다.
즉, 상기 방열케이스(130,230)는 상부가 개방된 수용공간을 갖는 함체형상으로 구비되어 상기 수용공간에 회로기판(161,162)이 내장되며 상기 무선전력 전송모듈이 회로기판(160)의 상부측에 위치하도록 체결부재(128)를 매개로 체결될 수 있다.
여기서, 상기 회로기판(161,162)은 전반적인 구동을 제어하기 위한 각종 회로소자가 실장될 수 있으며, 복수 개로 구비될 수도 있고 하나로 구비될 수도 있다.
더불어, 상기 방열케이스(130,230)는 상기 평판형 코일(111,112,113)을 커버하여 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있도록 일측이 개구된 함체형상으로 구비되는 커버(150)가 착탈가능하게 결합될 수 있다. 일례로, 상기 방열케이스(130,230)는 외부면에 적어도 하나의 걸림턱(132)이 형성됨으로써 함체형상으로 구비되는 커버(150)의 테두리 측이 상기 걸림턱(132)에 의해 걸림설치될 수 있다.
이와 같은 방열케이스(130,230)는 구동시 열원에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 열전도도가 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 방열케이스(130,230)는 구리 또는 알루미늄과 같은 금속재질로 이루어질 수 있고, 그라파이트 복합체(A,A')를 포함하는 방열부재 형성 조성물(C)을 이용한 플라스틱 재질로 이루어질 수도 있으며(도 4 참조), 구리 또는 알루미늄과 같은 판상의 금속플레이트(D)와 상기 그라파이트 복합체(A,A')를 포함하는 방열부재 형성 조성물(C)을 인서트 사출함으로써 금속플레이트(D)와 방열플라스틱이 일체화된 형태로 구비될 수도 있다(도 7 참조).
이때, 본 발명에 적용되는 방열케이스(130,230)는 우수한 방열성을 구현함으로써 충전이 필요한 전자기기가 놓여지는 상기 커버(150)의 표면온도를 더욱 낮출 수 있도록 표면에 방열코팅층(140)이 형성될 수 있다(도 4 및 도 7 참조).
즉, 상기 방열코팅층(140)은 상기 방열케이스(130,230)의 외부면에 소정의 두께로 도포되어 전체적인 방열성을 더욱 높여줌으로써 상기 커버(150)의 표면온도를 더욱 낮출 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 송신장치(100)는 작동시 열원에서 발생되는 열에 의해 가열되는 커버(150)의 표면온도를 낮춰줌으로써 상기 커버(150)에 사용자의 신체가 접촉되더라도 사용자가 고온에 의한 불쾌감을 느끼는 것을 줄여줄 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 방열코팅층(140)은 주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분, 카본계 필러 및 방열성과 부착성 향상을 위한 물성증진성분을 포함할 수 있으며, 상기 카본계 필러는 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 8 ~ 72 중량부로 포함될 수 있다.
상기 코팅층 형성성분은 주제수지를 포함하고, 상기 주제수지가 경화형 수지일 경우 경화제를 더 포함할 수 있고, 기타 경화촉진제, 경화촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 주제수지는 코팅층을 형성할 수 있는 것으로 당업계에 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 다만, 상기 방열케이스(130,230)와의 접착성, 열에 의해 취화 되지 않는 내열성, 기계적 강도 및 카본계 필러와의 상용성 개선에 따른 방열성능 향상을 동시에 달성할 수 있도록 상기 주제수지는 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형 에폭시 수지, 고무변성 에폭시 수지 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 글리시딜에테르형 에폭시 수지는 페놀류의 글리시딜에테르와 알코올류의 글리시딜에테르를 포함하며, 상기 페놀류의 글리시딜 에테르로 비스페놀 A형, 비스페놀 B형, 비스페놀AD형, 비스페놀 S형, 비스페놀 F형 및 레조르시놀 등과 같은 비스페놀계 에폭시, 페놀 노볼락(Phenol novolac) 에폭시, 아르알킬페놀 노볼락, 테르펜페놀 노볼락과 같은 페놀계 노볼락 및 o-크레졸 노볼락(Cresolnovolac) 에폭시와 같은 크레졸 노볼락계 에폭시 수지 등이 있고, 이들을 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.
이때, 상기 주제수지는 카본계 필러, 특히 그 중에서도 카본블랙과의 상용성이 매우 뛰어나 방열특성, 내구성 향상 및 표면품질 향상을 위해 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 글리시딜에테르형 에폭시 수지일 수 있다.
여기서, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 350 ~ 600 g/eq일 수 있다. 이는, 에폭시 당량이 350g/eq 미만일 경우에는 방열코팅층(140)의 경도가 증가해 쉽게 깨지거나 크랙이 발생하거나 굴곡진 피코팅면에서 박리가 쉽게 일어날 수 있는 문제가 있으며, 에폭시 당량이 600g/eq을 초과하는 경우에는 미경화된 부분의 발생으로 인한 내화학성, 접착력 및 내구성이 저하될 수 있는 문제가 있기 때문이다.
또한, 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 점도가 10 ~ 200 cps일 수 있다. 이는, 비스페놀 A형 에폭시 수지의 점도가 10 cps 미만일 경우 방열코팅층(140)의 생성이 어려울 수 있고, 생성 후에도 방열케이스(130,230) 표면과의 접착력이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 반면, 비스페놀 A형 에폭시 수지의 점도가 200 cps를 초과할 경우에는 방열코팅층(140)을 얇은 두께로 형성하기 어렵고, 코팅공정이 용이하지 않을 수 있으며, 특히 스프레잉 방식의 코팅일 경우 더욱 코팅공정이 어려울 수 있다. 또한, 방열코팅층(140) 내 카본블랙의 분산성이 저하될 수 있는 문제가 있다
또한, 상술한 주제수지인 에폭시 수지와 함께 코팅층 형성성분에 포함되는 경화제는 선택되는 에폭시 수지의 구체적인 종류에 따라 그 종류를 달리할 수 있으며, 구체적인 종류는 당업계에 공지된 경화제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 폴리아미드계 및 폴리메르캅탄계 중 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
한편, 상기 주제수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함할 경우 상기 코팅층 형성성분은 경화제로써 폴리아미드계 성분을 더 포함할 수 있다. 이는, 후술하는 카본계 필러, 그 중에서도 카본블랙과의 상용성 향상에 매우 유리하고, 방열코팅층(140)의 접착성, 내구성 및 표면품질 등 모든 물성에 있어서 유리하며, 방열코팅층(140)이 적용되는 방열케이스(130,230)의 외부면이 평활한 평면이 아닌 굴곡지거나 단차가 형성된 경우에 해당 부분에 형성된 방열코팅층(140)에 크랙이 발생하거나 박리되는 것을 방지하는 이점이 있기 때문이다.
이때, 상기 폴리아미드계 성분은 더욱 향상된 물성을 발현하기 위하여 아민가가 180 ~ 300 mgKOH/g 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 40℃에서 점도가 50,000 ~ 70,000 cps일 수 있다. 이는, 폴리아미드계 경화제의 아민가가 180 mgKOH/g 미만일 경우에는 경화품질이 저하되어 표면품질, 내구성, 접착성이 모두 저하될 수 있으며, 방열성능도 동시에 저하될 수 있다. 또한, 아민가가 300 mgKOH/g을 초과하는 경우에는 경화가 급속히 진행되어 코팅 중 뭉치는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 폴리아미드계 경화제의 점도가 50,000 cps 미만일 경우에는 코팅 후 흘러내림의 문제가 있으며, 70,000 cps를 초과할 경우에는 스프레이 코팅시 균일 도포가 안되며, 노즐이 막히고 뭉치는 문제가 발생을 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 코팅층 형성성분에 포함되는 주제수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지일 경우 상기 폴리아미드계 경화제는 비스페놀 A형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 45 ~ 75 중량부로 포함될 수 있다. 이는, 폴리아미드계 경화제가 45 중량부 미만으로 구비되는 경우에는 미경화 문제, 내구성 저하의 문제점이 있을 수 있으며, 폴리아미드계 경화제가 75 중량부를 초과할 경우에는 지나친 경화로 깨짐 현상 등의 문제점이 있을 수 있기 때문이다.
상기 카본계 필러는 그 재질에 있어 카본을 포함하는 경우에는 제한 없이 사용할 수 있고, 당업계에 공지된 카본계 물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 카본계 필러의 형상, 크기는 제한이 없으며, 구조에 있어서도 다공질이거나 비다공질일 수 있고, 목적에 따라 달리 선택할 수 있는바 본 발명에서 이를 특별히 한정하지 않는다. 일예로, 상기 카본계 필러는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브와 같은 탄소나노튜브, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 그라파이트, 카본블랙 및 탄소-금속 복합체로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 바람직하게는 우수한 방열성능, 코팅층의 형성용이성, 코팅층의 표면품질 등 목적하는 물성의 달성을 용이하게 하는 측면에서 그라파이트 및 카본블랙 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 코팅층의 표면품질 향상 측면에서 카본블랙이 사용될 수 있다.
상기 카본블랙은 퍼니스블랙, 램프블랙, 채널블랙 등 공지된 카본블랙의 종류 중 1종 이상을 선택하여 제한 없이 사용할 수 있다. 다만, 상기 카본블랙은 평균입경이 250㎚ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ~ 250㎚일 수 있다. 이는, 상기 카본블랙의 평균입경이 250㎚를 초과하는 경우에는 표면의 균일성 저하의 문제점이 있을 수 있고, 평균입경이 50㎚미만일 경우에는 제품단가의 상승 우려가 있고, 코팅층으로 구현된 후 표면에 묻어 나오는 카본블랙의 양이 증가하여 방열성능이 저하될 수 있는 문제가 있기 때문이다.
더불어, 상기 방열코팅층(140)의 표면품질을 위하여 상기 카본블랙은 체적누적입도분포에서 D90이 260㎚ 이하일 수 있다. 이는, 상기 카본블랙이 체적누적입도분포에서 D90이 260㎚를 초과하는 경우 방열코팅층(140)의 표면거칠기가 증가하는 등 방열코팅층(140)의 표면품질이 특히 저하될 수 있기 때문이다.
여기서, 상기 D90은 체적누적입도 분포에서 누적도 90%일 때의 카본블랙 입자의 입경을 의미한다. 구체적으로 가로축에 입경, 세로축에 입경이 제일 작은 측으로부터의 체적 누적 빈도를 취한 그래프(체적 기준의 입경 분포)에 있어서, 전체 입자의 체적 누적값(100%)에 대하여, 제일 작은 입경으로부터 체적%의 누적값이 90%에 해당되는 입자의 입경이 D90에 해당한다. 상기 카본블랙의 체적누적입도분포는 레이저 회절 산란 입도 분포 장치를 사용하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 카본계 필러의 경우 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질시킨 카본계 필러를 사용할 수 있고, 이때, 상기 관능기는 직접 카본계 필러의 표면에 결합되어 있을 수도 있고, 탄소수 1 ~ 20개의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소나 탄소수 6 ~ 14개의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소를 매개로 카본계 필러에 간접적으로 결합되어 있을 수도 있다.
더불어, 상기 카본계 물질을 코어 또는 쉘로 하고, 이종의 물질이 쉘 또는 코어를 구성하는 코어쉘 타입의 필러일 수도 있다.
상기 카본계 필러는 상술한 주제수지 100 중량부에 대하여 8 ~ 72 중량부로 포함될 수 있으며, 더욱 향상된 물성의 발현을 위하여 바람직하게는 17 ~ 42 중량부로 포함될 수 있다.
이는, 카본계 필러가 주제수지 100 중량부에 대하여 8 중량부 미만으로 포함되는 경우 목적하는 수준의 방열성능을 발현하지 못할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 카본계 필러가 주제수지 100 중량부에 대하여 72 중량부를 초과할 경우 방열코팅층(140)의 접착력이 약화되어 박리가 쉽게 발생하고, 코팅층의 경도가 커져 물리적 충격에 쉽게 깨지거나 부스러질 수 있으며, 방열코팅층(140)의 표면에 돌출된 카본계 필러가 많아짐에 따라서 표면거칠기가 증가하여 방열코팅층(140)의 표면품질이 저하될 수 있기 때문이다.
한편, 바람직하게는 상기 카본계 필러는 주제수지 100 중량부에 대하여 42 중량부 이하로 구비될 수 있다. 이는, 상기 카본계 필러가 주제수지 100 중량부에 대하여 42 중량부를 초과하는 경우에는 얇은 두께의 방열코팅층(140)을 구현하기 위하여 방열코팅층을 방열케이스(130,230)에 도포하는 과정에서 일부 코팅방법, 예를 들어 스프레잉 방식으로 코팅 시 조성물이 균일하게 도포되기 어렵고, 조성물 내 분산된 카본계 필러의 분산성이 저하되어 방열케이스(130,230)에 도포되더라도 카본계 필러가 비균일하게 분산됨으로써 방열코팅층(140)이 전체적으로 균일한 방열성능을 발현하지 못하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
상기 물성증진성분은 본 발명에 따른 방열 코팅 조성물이 방열케이스(130,230)에 코팅되는 경우 더욱 향상된 방열성을 발현시키고 동시에 뛰어난 접착성을 발현시켜 내구성을 향상시키는 기능을 담당한다.
이를 위해, 상기 물성증진성분은 실란계 화합물일 수 있으며, 당업계에 채용하는 공지된 실란계 화합물의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나, 상술한 코팅층 형성성분의 주제수지, 카본계 필러중에서도 카본블랙과 함께 사용될 경우 목적한 물성의 상승작용을 일으켜 현저한 내구성과 방열성을 발현할 수 있도록, 상기 실란계 화합물은 3-(N-아닐-N-글리시딜)아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸메톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 물성증진성분은 바람직하게는 주제수지 100 중량부에 대하여 2 ~ 5 중량부로 포함될 수 있다. 이는, 물성증진성분이 주제수지 100 중량부에 대하여 2 중량부 미만으로 구비되는 경우에는 물성증진성분을 통한 방열성 및 접착성 향상 등 목적하는 물성을 동시에 목적하는 수준까지 달성하지 못할 수 있고, 주제수지 100 중량부에 대하여 5 중량부를 초과하여 구비되는 경우에는 방열케이스(130,230) 표면과의 부착력이 약화될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 방열코팅층(140)은 카본계 필러의 분산성을 향상시키기 위한 분산제, 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제는 카본계 필러의 분산제로 당업계에서 채용하는 공지된 성분을 사용할 수 있다.
또한, 상기 방열코팅층(140)은 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제 등의 각종 첨가제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 기재된 각종 첨가제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
상술한 방열코팅층(140)은 점도가 25℃에서 50 ~ 250cps일 수 있다. 이는, 방열코팅층(140)의 점도가 50 cps 미만일 경우에는 코팅하는 과정에서 피코팅면으로부터 흘러내려 방열코팅층(140)의 생성이 어려울 수 있고, 생성 후에도 피코팅면과의 접착력이 약화될 수 있고, 방열코팅층(140)의 점도가 250cps를 초과할 경우 얇은 두께의 코팅층으로 제조하기 어렵고, 제조되더라도 표면이 균일하지 않을 수 있으며, 코팅공정이 용이하지 않을 수 있고, 특히 스프레잉 방식의 코팅일 경우 더욱 코팅공정이 어려울 수 있으며, 방열코팅층 내 카본블랙의 분산성이 저하될 수 있기 때문이다.
또한, 상기 방열코팅층(140)은 방열코팅층 전체 중량에 대하여 카본계 필러를 5 ~ 30 중량%로 포함할 수 있다. 이는, 방열코팅층(140) 내에 카본계 필러가 5 중량% 미만으로 구비되는 경우에는 목적하는 수준의 방열성능을 발현하지 못할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 방열코팅층(140) 내에 카본계 필러가 30 중량%를 초과할 경우에는 방열코팅층(140)의 접착력이 약화되어 박리가 쉽게 발생하고, 코팅층의 경도가 커져 물리적 충격에 쉽게 깨지거나 부스러질 수 있으며, 방열코팅층(140)의 표면에 돌출된 카본계 필러가 많아짐에 따라서 표면거칠기가 증가하여 방열코팅층의 표면품질이 저하될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 방열케이스(130,230)가 방열부재 형성 조성물(C)을 이용한 플라스틱 재질을 포함하는 경우, 상기 방열부재 형성 조성물(C)은 그라파이트 복합체(A,A') 및 고분자 수지(B)를 포함할 수 있으며, 인서트 사출성형 후 경화를 통해 상기 방열케이스(130,230)로 구현될 수 있다(도 5 참조).
즉, 상기 방열케이스(130,230)는 열전도도가 좋은 그라파이트를 포함하는 방열부재 형성 조성물을 포함함으로써 열전도도가 크게 향상되어 우수한 방열성능을 구현할 수 있게 된다.
이때, 상기 그라파이트 복합체(A,A')는 판상의 그라파이트(A1)의 표면에 나노금속 입자(A2)가 결합된 복합체로 형성될 수 있으며, 상기 나노금속 입자(A2)는 전자파 차폐 효과를 나타낼 수 있도록 도전성 금속일 수 있다. 일례로, 상기 나노금속 입자(A2)는 Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 그라파이트 복합체(A,A')에 포함된 나노금속 입자(A2)는 판상의 그라파이트(A1) 표면에서 고밀도로 존재해야 하므로 그라파이트(A1)의 전체중량에 대하여 20~50wt%로 함유될 수 있고, 평균 입자 입경이 10 ~ 200nm인 결정 형태로 그라파이트(A1) 표면에 결합될 수 있다. 또한, 상기 그라파이트 복합체(A,A')의 단면에 대하여 30 ~ 70면적%의 표면적 범위를 가질 수 있다.
이때, 상기 방열부재 형성 조성물은 상기 그라파이트 복합체(A,A')가 고분자 수지(B)에 분산상을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 고분자 수지(B)는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이를 위해, 상기 그라파이트 복합체(A,A')는 상기 나노금속 입자(A2)상에 카테콜아민(Catecholamine)층(A3)을 포함할 수 있다. 이는, 표면에 나노금속 입자(A2)가 결정화되어 있는 판상의 그라파이트(A1)를 폴리도파민 등과 같은 카테콜아민(Catecholamine)으로 코팅시켜 표면을 개질시킴으로써 판상의 그라파이트 자체의 고유한 물성 특성의 저하 없이 카테콜아민의 강한 점착 특성을 이용하여 고분자 수지와의 강한 계면 결합성을 높여 줄 수 있기 때문이다.
또한, 상기 나노금속 입자(A2)에 카테콜아민층(A3)이 코팅될 경우 유기용매 내에서 분산성이 향상됨으로써 상기 방열부재 형성 조성물(C)에 유기용매가 포함될 경우 상기 그라파이트 복합체(A,A')는 고분자 수지(B)에 균일하게 분산될 수 있게 된다.
이에 따라, 그라파이트 - 나노금속 입자 - 카테콜아민을 포함하는 그라파이트 복합체(A,A')를 우선적으로 제조함으로써 목적하는 고분자 수지 내에서의 분산성을 현저히 향상시킨 복합재료를 제조할 수 있게 된다.
여기서, 상기 "카테콜아민(Catecholamine)"이란 벤젠 고리의 오쏘(ortho)-그룹으로 하이드록시 그룹 (-OH)을 가지고 파라(para)-그룹으로 다양한 알킬아민을 가지는 단분자를 의미하는 용어로, 이러한 구조체의 다양한 파생물들로서 도파민(dopamine), 도파민퀴논 (dopamine-quinone), 알파-메틸도파민 (alphamethyldopamine), 노르에피네프린 (norepinephrine), 에피네프린(epinephrine), 알파-메틸도파 (alphamethyldopa), 드록시도파 (droxidopa), 인돌아민(indolamine), 세로토닌(serotonin) 또는 5-하이드록시도파민 (5-Hydroxydopamine) 등이 카테콜아민에 포함된다. 가장 바람직하게는 도파민 (dopamine)이 사용될 수 있다.
통상적으로, 순수한 판상의 그라파이트 표면에는 카테콜아민층이 코팅되기 어려우나, 본 발명에 적용되는 그라파이트 복합체(A,A')는 표면에 결정화된 나노금속 입자(A2)가 고밀도로 결합을 이루고 있어 상기 결정화된 나노금속 입자(A2)에 폴리도파민 등의 카테콜아민 화합물이 결합됨으로써 카테콜아민층(A3)이 안정적으로 형성될 수 있다.
이러한 카테콜아민층이 도파민으로 구성되는 경우 상기 카테콜아민층은 그라파이트 복합체(A,A')를 도파민 수용액에 디핑(dipping)하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 도파민 수용액으로 염기성 도파민 수용액을 사용하게 되면 산화 조건하에서 도파민이 자발적으로 반응함으로써 상기 그라파이트 복합체(A,A')의 나노금속 입자(A2) 상에 고분자화되어 폴리도파민층이 형성된다. 따라서, 별도의 소성 과정이 필요하지 않으며, 산화제의 첨가를 특별히 제한하는 것은 아니나, 산화제의 첨가 없이 공기 중의 산소 기체를 산화제로 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 적용되는 그라파이트 복합체(A,A')는 그라파이트의 표면에 나노금속 입자(A2)가 결합된 상태이므로 상기 나노금속 입자(A2)에 의해 카테콜아민층이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 고분자 수지(B) 및 그라파이트 복합체(A,A') 간의 계면 특성이 상기 카테콜아민층을 통해 향상됨으로써 그라파이트 복합체(A,A')의 분산성을 향상시키고 배향성이 향상된다. 이로 인해, 방열부재 형성 조성물에 포함되는 그라파이트 복합체의 함량을 높일 수 있게 되므로 방열부재 형성 조성물에 소량의 고분자 수지가 포함되더라도 시트 형태로의 제조가 가능하게 된다.
한편, 상기 그라파이트 복합체(A')는 상기 카테콜아민층(A3) 상에 결합된 고분자(A4)를 포함할 수 있다(도 6의 (b) 참조). 일례로, 상기 카테콜아민으로 나노금속 입자(A2)가 코팅된 그라파이트 복합체(A)를 고분자 수지 용액에 첨가시켜 카테콜아민층 상에 고분자(A4)가 결합될 수 있다.
여기서, 상기 고분자(A4)는 상기 카테콜아민층(A3)을 완전히 덮도록 형성될 수도 있고, 상기 카테콜아민층(A3)에 고분자(A4)가 입자형태로 결합될 수도 있으며, 그라파이트 복합체(A)의 표면을 완전히 덮도록 형성될 수도 있다.
또한, 상기 고분자(A4)는 그 종류에 특별히 한정된 것은 아니나, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 고무로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이때, 상기 고분자(A4)는 상기 방열부재 형성 조성물을 구성하는 고분자 수지(B)와 서로 간의 반응성 및 조화성이 있다면 그 종류에는 큰 제한이 없지만, 바람직하게는 상기 고분자 수지(B)의 종류와 동일 유사한 종류의 고분자가 사용될 수 있다.
이를 통해, 그라파이트(A1), 나노금속 입자(A2), 카테콜아민층(A3) 및 고분자(A4)를 포함하는 그라파이트 복합체(A')를 1차적으로 제조한 후 이를 목적하는 고분자 수지(B) 내에 분산시키면 상기 그라파이트 복합체(A')가 상기 고분자 수지(B) 내에 매우 균일하고 고르게 분산될 수 있다.
즉, 그라파이트 복합체(A')는 표면에 고분자(A4)를 포함하고 있기 때문에 그라파이트 자체의 저분산성 및 뭉침 현상뿐만 아니라 카테콜아민층 자체의 고점착성에 의한 뭉침현상도 일어나지 않으므로 고분자 수지 내에서 균일한 분산을 이룰 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 방열부재 형성 조성물을 구성함에 있어 상기 그라파이트 복합체(A')의 전체적인 함량을 증가시킬 수 있음으로써 우수한 방열 성능을 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 방열부재 형성 조성물은 유기용매와 더불어, 그 밖에도 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제, 등의 각종 첨가제의 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 기재된 각종 첨가제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 카테콜아민층(A3)은 용제를 더 포함할 수 있으며, 선택되는 접착성분에 따라 이에 맞는 용제를 선택할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하는 것은 아니며, 상기 용매로는 각 성분의 적절한 용해를 가능케 하는 임의의 용매를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방열케이스(130,230)가 상기 그라파이트 복합체(A,A') 및 고분자 수지(B)가 혼합된 방열부재 형성 조성물로 구현되는 경우, 사출성형을 통하여 상기 방열부재 형성 조성물만으로 방열케이스(130,230)를 구현할 수도 있고, 방열부재 형성 조성물이 인서트 사출을 통하여 상기 금속플레이트(D)를 덮어 상기 금속플레이트(D)와 일체화된 형태로 구현될 수도 있다. 이를 통해, 상기 방열케이스(130,230)를 금속재질만으로 구현되는 경우에 비하여 동일한 사이즈의 방열케이스(130,230)를 구현하더라도 방열성능이 향상될 수 있으며, 또한, 위와 같은 방열 성능의 향상으로 방열케이스의 두께 등을 얇게 하는 것이 가능하기 때문에 경량화를 도모할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 송신장치(100)는 판상의 방열플레이트(120)를 포함할 수 있다. 이와 같은 방열플레이트(120)는 소정의 면적을 갖는 판상의 부재로 이루어져 상기 자기장 차폐시트(114)의 일면에 부착되며, 볼트부재와 같은 체결부재(128)를 매개로 상기 방열케이스(130,230)에 체결될 수 있다.
여기서, 상기 방열플레이트(120)는 열전도성 성분을 포함하는 접착층(126)을 매개로 상기 자기장 차폐시트(114)의 일면에 부착될 수 있으며, 상기 체결부재(128)가 통과하는 적어도 하나의 조립공(127)이 관통형성될 수 있다.
이때, 상기 방열플레이트(120)는 구리나 알루미늄과 같은 금속재질로 이루어짐으로써 상기 자기장 차폐시트(114)를 지지하는 지지체로서의 역할과 함께 자기장 차폐시트(114)의 일면에 고정된 평판형 코일(111,112,113)에서 발생되는 열을 분산시키는 역할을 동시에 수행할 수 있다.
즉, 상기 자기장 차폐시트(114)가 페라이트 시트나 폴리머 시트와 같이 강도가 약하거나 플렉서블한 시트형태로 구성되더라도 소정의 강도를 갖는 금속재질로 이루어진 방열플레이트(120)에 의해 지지됨으로써 상기 방열케이스(130,230)와의 조립시 조립성 및 체결성을 높일 수 있게 된다.
더불어, 상기 평판형 코일(111,112,113)에서 발생된 열이 상기 자기장 차폐시트(114)를 통해 방열플레이트(120) 측으로 전달된 후 분산됨으로써 상기 평판형 코일(111,112,113)과 커버(150) 사이에 존재하는 공기의 열교환 온도가 낮아지게 된다. 이로 인해, 상기 공기를 통해 커버(150) 측으로 전달되는 열의 양이 줄어듦으로써 결과적으로 커버(150)의 표면온도가 낮아질 수 있게 된다.
여기서, 상기 방열플레이트(120)의 일면에는 판상의 절연부재(170)가 상기 방열플레이트(120)와 상기 방열케이스(130,230)에 내장되는 회로기판(161) 사이에 위치하도록 배치됨으로써 방열플레이트(120)와 회로기판(161)이 전기적으로 절연될 수 있도록 한다. 일례로, 상기 절연부재(170)는 PET와 같은 불소 수지계 필름으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 방열플레이트(120)는 상기 방열케이스(130,230)와의 결합시 적어도 일부가 상기 방열케이스(130,230)와 접하도록 배치될 수 있다. 일례로, 상기 방열플레이트(120)는 상기 방열케이스(130,230)의 상부테두리보다 상대적으로 넓은 면적을 갖도록 구비됨으로써 방열플레이트(120)의 테두리 측이 상기 방열케이스(130,230)의 상부테두리와 접하도록 배치될 수 있다. 이는, 상기 평판형 코일(111,112,113)에서 발생된 열이 상기 방열플레이트(120)에서 분산된 후 방열케이스(130,230) 측으로 전달되어 방열케이스(130,230)에 의해 방출됨으로써 상기 커버(150) 측으로 전달되는 열의 양을 더욱 줄일 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 방열플레이트(120)는 상기 평판형 코일(111,112,113)로부터 인출되는 각각의 연결단자(111a,112a,113a)가 상기 회로기판(162)에 연결될 수 있도록 테두리로부터 내측으로 인입되는 적어도 하나의 개구부(124)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 상기 방열플레이트(120)를 포함하는 무선전력 전송모듈이 상기 방열케이스(130,230)에 고정된 상태에서 상기 개구부(124) 측으로 돌출된 각각의 연결단자(111a,112a,113a)를 회로기판(162)과 연결함으로써 조립편의성을 높일 수 있게 된다.
한편, 상기 자기장 차폐시트(114) 및 방열플레이트(120)는 서로 대응되는 영역에 적어도 하나의 통과공(114a,122)이 각각 관통형성될 수 있다. 즉, 상기 자기장 차폐시트(114)에는 적어도 하나의 제1통과공(114a)이 관통형성되며, 상기 방열플레이트(120)에는 상기 제1통과공(114a)과 대응되는 위치에 제2통과공(122)이 관통형성될 수 있다.
이러한 제1통과공(114a) 및 제2통과공(122)은 상기 평판형 코일(111,112,113) 주위의 공기가 상기 방열케이스(130,230)에 내장되는 회로기판(161) 측으로 이동하는 통로역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 회로기판(161)에는 상기 제2통과공(122)과 대응되는 영역에 써미스터와 같은 온도센서(164)가 배치될 수 있으며, 상기 온도센서(164)가 회로기판(161)으로부터 소정의 높이로 돌출되는 경우 상기 제2통과공(122)은 상기 온도센서(164)를 수용하기 위한 배치공의 역할도 동시에 수행할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 제2통과공(122)은 상기 온도센서(164)보다 상대적으로 넓은 면적을 갖도록 구비됨으로써 상기 온도센서(164)가 상기 방열플레이트(120)와 접촉되지 않도록 할 수 있다.
이를 통해, 무선전력 전송모듈의 작동시 상기 평판형 코일(111,112,113)에서 발생되는 열과 열교환이 이루어진 공기가 상기 온도센서(164) 측으로 유입되어 평판형 코일(111,112,113)에서 발생되는 열의 온도를 감지하도록 함으로써 상기 평판형 코일(111,112,113)에서 설정치 이상의 온도가 발생하는 경우 전체적인 동작을 중지시켜 과열에 의한 전자부품의 파손 등과 같은 제반문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이때, 상기 제1통과공(114a)은 상기 평판형 코일(111,112,113)의 중공부와 대응되는 영역에 관통형성될 수 있다. 이는, 상기 제1통과공(114a)이 상기 평판형 코일(111,112,113)의 패턴부와 중첩되지 않도록 함으로써 평판형 코일(111,112,113) 주위의 공기가 제1통과공(114a) 측으로 원활하게 유입될 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 송신장치(100)는 상기 방열케이스(130,230)의 바닥면에 열전달부재(180)가 배치될 수 있다.
이와 같은 열전달부재(180)는 상기 방열케이스(130,230)의 바닥면과 방열케이스(130,230)의 내부에 배치되는 회로기판(162)의 일면에 각각 접하도록 배치됨으로써 상기 회로기판(162)에서 발생되는 열을 방열케이스(130,230) 측으로 전달하는 역할을 수행한다.
일례로, 상기 열전달부재(180)는 상기 회로기판(162) 상에 실장되는 IC칩등과 같은 발열소자와 대응되는 영역에 배치됨으로써 상기 발열소자에서 발생되는 열을 방열케이스(130,230) 측으로 전달할 수 있다.
이때, 상기 열전달부재(180)는 열전도도가 0.8 W/m·K 이상일 수 있다. 이는 상기 열전달부재(180)의 열전도도가 0.8 W/m·K 미만일 경우 방열효과가 미미하여 무선충전 효율의 저하를 수반할 수 있기 때문이다.
이와 같은 열전달부재(180)는 열전도성 필러 및 상변이 화합물(Phase change materials) 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열형성조성물이 고화된 패드 형태일 수 있으며, 상기 방열케이스(130,230)의 바닥면에 상변이 화합물 및 열전도성 필러 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열형성조성물을 소정의 두께로 직접 도포하여 고화되는 형태일 수도 있다.
이때, 상기 열전달부재(180)가 열전도성 필러를 포함하는 방열형성조성물로 구성되는 경우, 상기 열전도성 필러는 금속필러, 세라믹 필러 및 카본계 필러 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 금속필러는 Al, Ag, Cu, NI, In-Bi-Sn 합금, Sn-In-Zn 합금, Sn-In-Ag 합금, Sn-Ag-Bi 합금, Sn-Bi-Cu-Ag 합금, Sn-Ag-Cu-Sb 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Ag 합금 및 Sn-Ag-Cu-Zn 합금 등의 공지된 금속필러 중 1 종 이상을 포함할 수 있고, 상기 세라믹필러는 AlN, Al2O3, BN, SiC 및 BeO 등의 공지된 세라믹필러 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 카본계 필러는 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 다이아몬드 및 그래핀(graphene) 등의 공지된 카본계 필러를 1종 이상 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열전달부재(180)가 열전도성 필러를 포함하는 상기 방열형성조성물로 구성되는 경우 상기 열전달부재(180)는 일반적으로 사용되는 통상의 코팅층 형성성분 및 경화성 성분을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 열전달부재(180)를 구성하는 방열형성조성물이 상변이 화합물을 포함하는 경우 상기 열전달부재(180)는 발열소자에서 발생된 열에 의해 성상이 고상에서 반고상 또는 액상으로 변화하는 성상의 변화를 이용할 수 있다.
즉, 어떤 물질이 상변화가 일어나는 경우, 일례로 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체에서 기체(또는 기체에서 액체)로 변화될 때 흡수하거나 방출하는 열을 잠열(latent heat)이라 하는데, 상기 잠열은 상변화가 일어나지 않은 상태에서 온도 변화에 따라 흡수(또는 방출)하는 열보다 매우 크기 때문에 상기 잠열을 이용할 경우 현저한 방열효과를 달성하기에 유리할 수 있다.
여기서, 상기 상변이 화합물은 공지된 상변이 화합물을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 상변이 화합물은 선형 지방족 탄화수소, 수화무기염, 다가알코올, 고급지방산, 알코올지방산 에스테르, 폴리에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 차량용 무선전력 송신장치(100)는 방열케이스(130,230)의 외부면에 방열코팅층(140)을 형성하고, 자기장 차폐시트(114)의 일면에 금속소재로 이루어진 방열플레이트(120)를 배치함으로써 커버(150)의 노출면에서의 발열온도를 낮출 수 있다.
이는, 하기의 표1에서 확인할 수 있다.
표 1은 자기장 차폐시트(114)의 일면에 알루미늄으로 이루어진 방열플레이트(120)를 배치한 상태에서, 방열케이스(130,230)의 재질 및 방열케이스(130,230)의 외부면에 방열코팅층(140) 도포 여부에 따른 커버(150)의 노출면에서의 발열온도를 측정한 결과이다.
| 방열케이스의 재질 | 중량(g) | 방열코팅층 유무 | 커버 표면온도(℃) |
| 알루미늄 | 75.2 | x | 41.0 |
| 0 | 40.1 | ||
| 방열부재 형성 조성물 | 50.8 | x | 40.5 |
| 0 | 40.3 | ||
| 방열부재 형성 조성물+알루미늄플레이트 | 66.0 | x | 40.5 |
| 0 | 40.1 |
위의 표 1에서 확인할 수 있듯이, 방열케이스의 재질에 상관없이 방열케이스(130,230)의 외부면에 방열코팅층(140)이 형성되는 경우 커버(150)의 표면온도는 모두 저감됨을 확인할 수 있으며, 상술한 방열부재 형성 조성물로 방열케이스(130,230)를 구현하는 경우 무게경감은 물론 알루미늄 단독으로 이루어진 방열케이스(130,230)에 비하여 커버(150)의 표면온도가 모두 저감됨을 확인할 수 있다.
여기서, 방열부재 형성 조성물은 상술한 바와 같이 그라파이트 복합체(A,A')를 포함하는 플라스틱 재질을 의미하며, 방열부재 형성 조성물 + 알루미늄플레이트는 알루미늄플레이트가 인서트 사출을 통하여 그라파이트 복합체(A,A')를 포함하는 방열부재 형성 조성물(C)과 일체화된 형태를 의미한다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 무선전력 송신장치
111,112,113 : 평판형 코일 111a,112a,113a : 연결단자
114 : 자기장 차폐시트 114a : 제1통과공
120 : 방열플레이트 122 : 제2통과공
124 : 개구부 126 : 접착층
127 : 조립공 128 : 체결부재
130,230 : 방열케이스 132 : 걸림턱
C : 방열부재 형성 조성물 D : 금속플레이트
140 : 방열코팅층 150 : 커버
161,162 : 회로기판 164 : 온도센서
170 : 절연부재 180 : 열전달부재
111,112,113 : 평판형 코일 111a,112a,113a : 연결단자
114 : 자기장 차폐시트 114a : 제1통과공
120 : 방열플레이트 122 : 제2통과공
124 : 개구부 126 : 접착층
127 : 조립공 128 : 체결부재
130,230 : 방열케이스 132 : 걸림턱
C : 방열부재 형성 조성물 D : 금속플레이트
140 : 방열코팅층 150 : 커버
161,162 : 회로기판 164 : 온도센서
170 : 절연부재 180 : 열전달부재
Claims (25)
- 무선 전력을 송신하기 위한 하나 이상의 평판형 코일과, 상기 평판형 코일의 일면에 배치되는 자기장 차폐시트를 포함하는 무선전력 전송모듈;
상기 무선전력 전송모듈이 일측에 결합되고, 상기 무선전력 전송모듈을 구동하기 위한 적어도 하나의 회로기판이 내장되며, 열원에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열케이스;
상기 방열케이스의 외부면에 도포되어 방열성을 향상시키기 위한 방열코팅층; 및
상기 평판형 코일을 커버하도록 상기 방열케이스에 착탈가능하게 결합되는 커버;를 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 1항에 있어서,
상기 방열코팅층은,
주제수지를 포함하는 코팅층 형성성분;
상기 주제수지 100 중량부에 대하여 8~72중량부로 포함되는 카본계 필러; 및
방열성 및 부착성 향상을 위한 물성증진성분;을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 2항에 있어서,
상기 카본계 필러는 그라파이트 및 카본블랙 중 1종 이상을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 2항에 있어서,
상기 주제수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함하는 글리시딜에테르형 에폭시 수지인 차량용 무선전력 송신장치. - 제 4항에 있어서,
상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 에폭시 당량이 350~600g/eq인 차량용 무선전력 송신장치. - 제 2항에 있어서,
상기 카본계 필러는 평균입경이 250nm 이하의 카본블랙인 차량용 무선전력 송신장치. - 제 1항에 있어서,
상기 방열코팅층은 점도가 10~200cps인 차량용 무선전력 송신장치. - 제 1항에 있어서,
상기 방열케이스는,
그라파이트의 표면에 결정화된 나노금속 입자가 결합된 그라파이트 복합체 및 상기 그라파이트 복합체가 분산상을 형성하는 고분자 수지를 포함하는 방열부재 형성 조성물로 이루어지는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 1항에 있어서,
상기 방열케이스는,
금속플레이트와, 상기 금속플레이트의 외부면을 덮는 방열부재 형성 조성물을 포함하고,
상기 방열부재 형성 조성물은,
그라파이트의 표면에 결정화된 나노금속 입자가 결합된 그라파이트 복합체 및 상기 그라파이트 복합체가 분산상을 형성하는 고분자 수지를 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 그라파이트 복합체는 나노금속 입자상에 코팅된 카테콜아민층을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 나노금속 입자는 Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 1항에 있어서,
상기 자기장 차폐시트의 일면에 부착되어 체결부재를 매개로 상기 자기장 차폐시트를 상기 방열케이스에 고정함과 아울러 상기 평판형 코일에서 발생되는 열을 상기 방열케이스로 전달할 수 있도록 금속재질로 이루어진 판상의 방열플레이트를 더 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 12항에 있어서,
상기 방열플레이트는 적어도 일부가 상기 방열케이스와 접하도록 배치되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 12항에 있어서,
상기 방열플레이트는 구리 및 알루미늄 중 1종 이상을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 12항에 있어서,
상기 방열플레이트는 상기 평판형 코일로부터 인출되는 연결단자가 상기 회로기판에 연결될 수 있도록 테두리로부터 내측으로 인입되는 적어도 하나의 개구부가 형성되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 12항에 있어서,
상기 자기장 차폐시트는 상기 평판형 코일 주위의 공기가 상기 방열플레이트 측으로 이동할 수 있도록 소정의 면적으로 관통되는 적어도 하나의 제1통과공이 형성되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 16항에 있어서,
상기 제1통과공은 상기 평판형 코일의 중공부와 대응되는 영역에 관통형성되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 16항에 있어서,
상기 방열플레이트는 상기 통과공과 대응되는 영역에 소정의 면적으로 관통형성되는 제2통과공이 형성되고,
상기 회로기판은 상기 제2통과공과 대응되는 위치에 온도센서가 배치되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 12항에 있어서,
상기 방열플레이트는 열전도도를 갖는 접착층을 매개로 상기 자기장 차폐시트의 일면에 부착되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 12항에 있어서,
상기 방열플레이트 및 회로기판의 사이에는 전기적인 절연을 위한 절연부재가 배치되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 1항에 있어서,
상기 방열케이스의 바닥면과 회로기판의 사이에는 상기 회로기판에서 발생되는 열을 방열케이스 측으로 전달하여 방열성능을 높이기 위한 적어도 하나의 열전달부재가 상기 방열케이스의 바닥면과 회로기판의 일면에 각각 접하도록 배치되는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 21항에 있어서,
상기 열전달부재는 상변이 화합물 및 열전도성 필러 중 1종 이상을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 22항에 있어서,
상기 열전도성 필러는 금속 필러, 세라믹 필러 및 카본계 필러 중 1종 이상을 포함하는 차량용 무선전력 송신장치. - 제 21항에 있어서,
상기 열전달부재는 상기 회로기판에 실장되는 발열소자와 대응되는 영역에 배치되는 차량용 무선전력 송신장치. - 무선 전력을 송신하기 위한 복수 개의 평판형 코일;
상기 평판형 코일에서 발생하는 자기장을 차폐하여 외부 누출을 방지함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트; 및
금속재질로 이루어지고 상기 자기장 차폐시트의 일면에 부착되는 판상의 방열플레이트;를 포함하는 차량용 무선전력 송신모듈.
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