KR20180044562A - 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

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김지훈
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오순택
노영승
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 금속 재질로 커버를 형성하더라도 높은 무선 충전 효율을 제공할 수 있는 무선 전력 수신 장치에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는, 도전성 재질로 형성되며 외부로 노출되는 제1면에 홈 형태의 코일 수용부를 구비하는 커버 및 상기 코일 수용부 내부에 수용되어 무선으로 전력을 수전하는 코일부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 수신 장치{WIRELESS POWER RECEIVING DEVICE}
본 발명은 금속 재질로 커버를 구비하는 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
핸드폰과 같은 휴대 단말기에는 디자인 요소로 인하여 금속 케이스(Metal Case)가 채용되고 있다. 그러나 휴대 단말기의 백 커버(back cover)를 금속 재질로 형성하는 경우, 무선 전력 전송 시스템의 효율을 결정하는 커플링 계수(Coupling Coefficient)가 저하되며 이에 무선 충전이 어렵거나 충전 효율이 매우 저하된다는 문제가 대두되고 있다.
따라서, 금속 케이스를 구비하면서도 무선 충전 효율을 높일 수 있는 구조가 요구되고 있다.
한국공개특허 제2014-0094275호
본 발명은 금속 재질로 커버를 형성하더라도 높은 무선 충전 효율을 제공할 수 있는 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는, 도전성 재질로 형성되며 외부로 노출되는 제1면에 홈 형태의 코일 수용부를 구비하는 커버 및 상기 코일 수용부 내부에 수용되어 무선으로 전력을 수전하는 코일부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는, 도전성 재질로 형성되며 단말기 본체에 결합되는 커버, 상기 커버의 내측에 배치되는 회로부, 및 상기 커버의 외측에 배치되어 무선으로 전력을 수전하는 코일부를 포함하며, 상기 코일부는 상기 회로부와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 코일부가 커버 외측에 배치되므로, 커버가 도전성 재질로 형성되더라도 원활하게 무선 충전을 수행할 수 있다. 또한 코일부가 커버에 형성된 코일 수용부 내에 배치되므로, 코일부가 커버의 외부로 돌출되지 않는다. 따라서 이용 시 사용자에게 이질감을 주지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 커버의 외부면을 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 커버의 분해 사시도.
도 5는 도 3의 I-I′에 따른 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버의 외부면을 개략적으로 도시한 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 커버의 분해 사시도.
도 8은 도 6의 II-II′에 따른 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버의 외부면을 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 도 9의 III-III′에 따른 단면도.
도 11은 도 3에 도시된 커버를 이용하여 무선 충전을 수행할 때 전송효율을 측정한 그래프.
도 12는 도 6에 도시된 커버를 이용하여 무선 충전을 수행할 때 전송효율을 측정한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 충전 시스템은 휴대 단말기(1)를 충전시키는 시스템으로, 휴대 단말기(1)와, 휴대 단말기(1)에 무선으로 전력을 송신하는 충전 기기(11)를 포함할 수 있다. 도 1의 휴대 단말기는 스마트 폰(smart phone), 노트 PC, 타블렛 PC 등 휴대나 이동이 가능하며 충전이 필요한 전자 기기라면 모두 적용될 수 있다.
도 1은 무선 충전을 위해 충전 기기(11) 상에 휴대 단말기(1)가 안착된 상태를 도시하고 있다.
충전 기기(11)는 전력 전송용 코일(11)을 구비하며, 이를 통해 휴대 단말기(1)로 전력을 전송한다.
휴대 단말기(1)는 충전 기기(11) 상에 안착되며, 전력 수신용 코일(54)를 통해 충전 기기(11)로부터 전력을 수신한 후, 배터리(미도시)에 저장한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대 단말기의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 커버의 외부면을 개략적으로 도시한 사시도이다. 또한 도 4는 도 3에 도시된 커버의 분해 사시도이고, 도 5는 도 3의 I-I′에 따른 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 휴대 단말기(1)는 단말기 본체(10)와 도전성 플레이트인 커버(30), 회로부(25), 코일부(40), 및 밀봉부(60)를 포함한다.
단말기 본체(10)는 커버(30)가 결합되어 휴대 단말기(1)의 케이스를 완성된다. 여기서 단말기 본체(10)는 휴대 단말기(1)의 구성 요소들 중 회로부(25), 코일부(40), 커버(13)를 제외한 다른 모든 구성요소들을 포함하는 요소로 정의될 수 있다.
회로부(25)는 전자 부품이 실장된 회로 기판의 형태로 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
회로부(25)는 휴대 단말기(1)를 운용하기 위한 다양한 전자 소자들을 구비할 수 있다. 또한 회로부(25)는 코일부(40)를 통해 수신된 무선 전력을 배터리(미도시)로 전송한다. 이를 위해, 회로부(25)는 후술되는 코일부(25)와 전기적으로 연결된다.
커버(30)는 단말기 본체(10)에 결합되어 휴대 단말기(1)를 완성한다. 본 실시예에 따른 커버(30)는 배터리 교체 시 단말기 본체(10)로부터 분리되는 배터리 커버일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 단말기 본체(10)와 일체로 결합되어 쉽게 분리되지 않는 일체형 커버도 포함한다.
본 실시예에 따른 커버(30)는 전체적으로 편평한 판(plate) 형상으로 형성되며, 알루미늄과 같은 도전성 재질로 형성된다.
커버(30)는 휴대 단말기(1)의 외부로 노출되는 제1면(30a)과, 휴대 단말기(1)의 내부에 배치되는 제2면(30b)을 포함한다. 그리고 제1면(30a)에는 적어도 하나의 코일 수용부(47)가 구비된다.
코일 수용부(47)는 연속적인 고리 형상으로 홈으로 형성된다. 또한 커버(30)를 완전히 관통하지 않고 바닥면을 구비하는 홈의 형태로 형성된다.
본 실시예에서는 코일 수용부(47)의 전체적인 형상이 사각의 고리 형상으로 형성된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 모서리가 둥근 사각 고리 형상으로 형성하거나, 원형, 타원형의 고리 형상으로 형성하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
커버(30)는 전체적으로 금속 재질로 형성된다. 따라서 커버(30)와 단말기 본체(10) 사이에 코일부(40)가 배치되는 경우, 충전 기기(11)로부터 발생되는 자기장이 커버(30)에 의해 차폐되어 전력이 코일부(40)로 전달되기 어렵다.
따라서, 본 실시예에 따른 코일부(40)는 커버(30)의 제1면(30a)에 형성된 코일 수용부(47) 내에 배치된다.
코일부(40)는 자성부(52)와, 적어도 하나의 전력 수신용 코일(54)과 포함한다.
자성부(52)는 시트(sheet)와 같이 편평한 판 형상으로 형성되어, 코일 수용부(47)의 바닥면에 배치된다.
자성부(52)는 충전 기기(11)에 의해 발생하는 자기장의 자로를 효율적으로 형성하기 위해 구비된다. 이를 위해 자성부(52)는 자로가 용이하게 형성될 수 있는 재질로 형성되며, 예를 들어 페라이트(ferrite) 재질로 형성될 수 있다.
자성부(52) 상에는 전력 수신용 코일(54)이 배치된다. 자성부(52)와 전력 수신용 코일(54)이 서로 견고하게 고정 접착되도록, 전력 수신용 코일(54)과 자성부(52) 사이에는 접착부재(미도시)가 개재될 수 있다.
접착부재로는 접착 시트(sheet)나 접착 테이프가 이용될 있으며, 전력 수신용 코일(54)이나 자성부(52)의 표면에 접착제나 접착성을 갖는 수지를 도포하여 형성할 수도 있다. 또한 접착부재가 페라이트 분말을 함유하도록 구성하여 접착부재도 자성을 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
전력 수신용 코일(54)은 절연 피복을 갖는 도전성 와이어(wire) 형태로 마련되어 코일 수용부(47) 내에 배치될 수 있다. 전력 수신용 코일(54)은 단선 코일로 형성되거나 여러 가닥으로 형성된 리쯔 와이어(Litz Wire) 형태의 코일로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
코일부(40)는 코일 수용부(47) 내에 완전히 수용된다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 코일부(40)의 전체 두께(t3)는 코일 수용부(47)의 깊이(t2)보다 작게 형성된다.
예를 들어 커버(30)의 두께(t1)가 1.5mm인 경우, 코일 수용부(47)의 깊이(t2)는 커버(30) 두께의 2/3인 1.0mm로 형성될 수 있다. 이 경우 코일부(40)의 전체 두께는 약 0.7mm로 형성될 수 있다. 그리고 자성부(52)의 두께(t4)는 0.2mm, 전력 수신용 코일(54)의 두께(t3)는 0.5mm로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 수신용 코일(54)의 양단은 전술한 회로부(25)와 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 전력 수신용 코일(54)의 양단은 커버(30)에 형성된 관통 구멍(48)을 관통하여 커버(30)의 제2면(30b)에 배치된 접촉 패드(45)와 연결된다. 이에 전력 수신용 코일(54)은 접촉 패드(45)를 매개로 하여 회로부(25)와 전기적으로 연결된다.
전술한 바와 같이 커버(30)는 도전성 부재로 형성된다. 따라서 접촉 패드(45)와 커버(30) 간에는 전기적이 단락이 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 커버(30)의 관통 구멍(48)에는 후술되는 밀봉부(60)가 충진되며, 접촉 패드(45)는 밀봉부(60) 상에 형성된다. 이에, 접촉 패드(45)는 밀봉부(60)에 의해 커버(30)와 전기적인 절연을 확보할 수 있다.
접촉 패드(45)와 접촉하는 회로부(25) 측에는 접촉 핀(미도시)이 형성될 수 있다. 접촉 핀은 탄성적으로 접촉 패드(45)와 접촉한다. 이를 위해 접촉 핀은 판 스프링 형태의 커넥터로 형성되거나, 포고 핀(pogo pin)과 같은 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예에서는 커버(30)에 접촉 패드(45)가 배치되고 회로부(25)에 접촉 핀이 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 반대로 커버(30)에 접촉 핀을 배치하고 회로부(25)에 접촉 패드를 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다.
코일부(40)가 배치된 코일 수용부(47)의 빈 내부 공간과 관통 구멍(48)에는 밀봉부(60)가 배치된다. 밀봉부(60)는 코일 수용부(47)과 관통 구멍(48)의 빈 공간을 메우는 형태로 코일 수용부(47) 내에 충진된다. 이에 코일부(40)는 코일 수용부(47) 내에 견고하게 밀착 고정되며, 외부의 충격으로부터 안전하게 보호된다.
밀봉부(60)의 외부 표면은 커버(30)의 제1면(30a)과 동일한 평면 상에 배치된다. 따라서 밀봉부(60)는 커버(30)로부터 돌출되지 않는다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 밀봉부(60)가 제1면(30a)으로부터 돌출되도록 형성하거나 오목하게 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
밀봉부(60)는 절연성의 재료로 형성된다. 예를 들어, 밀봉부(60)는 에폭시나 EMC 등 같은 수지 재질이나, 고무, 실리콘 등의 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 휴대 단말기(1)는 코일부(40)가 커버(30) 외측에 배치되므로, 커버(30)가 도전성 재질로 형성되더라도 원활하게 무선 충전을 수행할 수 있다.
또한 코일부(40)가 커버(30)에 형성된 코일 수용부(47) 내에 배치되므로, 코일부(40)가 커버(30)의 외부로 돌출되지 않는다. 따라서 이에 외부에서 코일부(40)의 존재를 인식하기 어려우며, 이에 코일부(40)가 커버(30)의 외측에 배치되더라도 사용자에게 이질감을 주지 않는다.
또한 본 실시예에 따른 휴대 단말기(1)는, 코일 수용부(47)가 관통 구멍이 아닌 홈 형태로 형성되므로 금속 재질인 커버(30)의 강성을 그대로 유지할 수 있다.
더하여, 커버(30)와 코일부(40)가 일체로 형성되므로, 커버와 코일부를 각각 별로도 구비하는 휴대 단말기에 비해, 조립이 매우 용이하다는 이점이 있다.
도 11은 도 3에 도시된 커버(30)를 이용하여 무선 충전을 수행할 때 전송효율을 측정한 그래프로, 무선 전력 송신 장치인 충전 기기(11)와, 무선 전력 수신 장치인 휴대 단말기(1)의 전력 송신용 코일(12)과 전력 수신용 코일(54) 간의 전송 효율을 측정하였다.
도 11을 참조하면, 전력전송효율을 의미하는 |S21|dB ? -1.33인 것으로 측정되었고, 이는 73.6 %의 효율을 나타낸다. 따라서 도전성 재질의 커버(30)를 이용하더라도 무선 충전이 원활하게 이루어질 수 있음을 알 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버의 외부면을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 커버의 분해 사시도이며, 도 8은 도 6의 II-II′에 따른 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 커버(30)는 코일 수용부(47)가 고리 형상이 아닌, 용기 형태의 홈으로 형성된다.
또한 본 실시예에 따른 코일부(40)는 코일 기판의 형태로 코일 수용부(47) 내에 배치된다.
이를 위해 코일부(40)는 절연 기판(54a)과, 절연 기판(54a) 상에 형성되는 나선 형태의 코일 배선(54b)을 포함하여 구성된다. 여기서, 절연 기판(54a)은 폴리이미드 필름과 같은 박막 필름이 이용될 수 있다. 또한 코일 배선(54b)은 절연 기판(54a)의 일면 또는 양면에 나선 형태로 형성되어 전력 수신용 코일(54)로 이용된다.
예컨대, 본 실시예에 따른 코일부(40)는 FPCB와 같은 연성 기판이 이용될 수 있다.
이와 같이 코일 수용부(47)가 넓은 공간으로 형성되는 경우, 코일부(40)의 자성부(52)는 코일 수용부(47)의 바닥면에 전체적으로 배치될 수 있다. 이에 무선 충전 시 누설 자속을 최소화하여 충전 효율을 높일 수 있다.
도 12는 도 6에 도시된 커버를 이용하여 무선 충전을 수행할 때 전송효율을 측정한 그래프로, 무선 전력 송신 장치인 충전 기기(11)와, 무선 전력 수신 장치인 휴대 단말기(1)의 전력 송신용 코일(12)과 전력 수신용 코일(54) 간의 전송 효율을 측정하였다.
도 12를 참조하면, 전력전송효율을 의미하는 |S21|dB ? -0.79인 것으로 측정되었고, 이는 83.36 %의 효율을 나타낸다. 따라서 전술한 실시예보다 높은 전송 효율을 나타냄을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버의 외부면을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 III-III′에 따른 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 커버(30)는 코일 수용부(47)가 커버(30)의 테두리에 인접하게 테두리를 따라 형성된다.
또한, 커버(30)의 내부면인 제2면(30b)에는 코일 수용부(47)와 대응하는 영역이 돌출된다.
이로 인해 본 실시예의 코일 수용부(47)는 전술한 실시예들에 비해 깊이가 확장되며, 이에 코일 수용부(47)에 수용되는 전력 수신용 코일(54)의 단면적이나, 자성부(52)의 두께를 확장할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 휴대 단말기
11: 충전 기기
30: 커버
40: 코일부
47: 코일 수용부
52: 자성부
54: 전력 수신용 코일
60: 밀봉부

Claims (10)

  1. 도전성 재질로 형성되며, 외부로 노출되는 제1면에 홈 형태의 코일 수용부를 구비하는 커버; 및
    상기 코일 수용부 내부에 수용되어 무선으로 전력을 수전하는 코일부;
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일부는,
    상기 코일 수용부의 바닥면에 배치되는 자성부; 및
    상기 자성부 상에 배치되는 전력 수신용 코일;
    을 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전력 수신용 코일은,
    절연 피복을 갖는 도전성 와이어로 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전력 수신용 코일은,
    절연 기판 상에 나선 형상의 코일 배선이 형성된 코일 기판인 무선 전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코일 수용부는,
    바닥면을 구비하는 고리 형상의 홈으로 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코일 수용부는,
    바닥면을 구비하는 용기 형상의 홈으로 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버의 내부면인 제2면에 배치되어 상기 코일부와 전기적으로 연결되는 접촉 패드를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코일 수용부의 빈 공간에 충진되는 밀봉부를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.

  9. 제1항에 있어서,
    상기 커버의 제1면과 상기 밀봉부의 표면은 동일한 평면 상에 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  10. 도전성 재질로 형성되며, 단말기 본체에 결합되는 커버;
    상기 커버의 내측에 배치되는 회로부; 및
    상기 커버의 외측에 배치되어 무선으로 전력을 수전하는 코일부;
    를 포함하며,
    상기 코일부는 상기 회로부와 전기적으로 연결되는 무선 전력 수신 장치.
KR1020160138212A 2016-10-24 2016-10-24 무선 전력 수신 장치 KR20180044562A (ko)

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