KR20180100749A - 전자파 차폐 구조를 가지는 코일 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자파 차폐 구조를 가지는 코일 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 장착되는 코일 어셈블리는 기판과 상기 기판의 일면에 배치되는 무선 전력 송신 코일과 상기 무선 전력 송신 코일과 중첩되지 않게 배치되는 근거리 무선 통신 안테나와 상기 근거리 무선 통신 안테나 및 상기 무선 전력 송신 코일 위에 배치되는 전자파 간섭 실드를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 무선 충전 시 발생되는 고조파 신호를 차단할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 상세하게 전자파 차폐 구조를 가지는 코일 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 차량, IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
일반적으로 전자파 간섭(Electro-Magnetic Interference: EMI) 특성 중 전도체를 통하여 전파되는 필요하지 않은 전자기적 에너지의 방출을 의미하는 전도성 방출(Conducted Emission: CE)을 개선하는 가장 손쉬운 방법은 전원 선에 자성체 코어(Core)를 통과시켜 고주파 성분을 필터링하는 것이다.
하지만, 차량에 장착되는 무선 전력 송신기의 경우, 차량 내부 전원을 무선 전력 송신기에 공급하기 위한 전원 선에 EMI 성능 개선을 위한 코어가 장착될 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 무선 전력 송신기 내부적으로 EMI 특성이 개선되어야 한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 전자파 차폐 구조를 가지는 코일 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 전자파 차폐 구조를 가지는 코일 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 장착되는 코일 어셈블리는 기판과 상기 기판의 일면에 배치되는 무선 전력 송신 코일과 상기 무선 전력 송신 코일과 중첩되지 않게 배치되는 근거리 무선 통신 안테나와 상기 근거리 무선 통신 안테나 및 상기 무선 전력 송신 코일 위에 배치되는 전자파 간섭 실드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전자파 간섭 실드는 상기 무선 전력 송신 장치에 구비된 접지 단자에 연결될 수 있다.
또한, 상기 전자파 간섭 실드는 복수의 슬릿을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판의 서로 다른 면에 상기 무선 전력 송신 코일과 상기 근거리 무선 통신 안테나가 배치될 수 있다.
또한, 상기 기판의 동일 면에 상기 무선 전력 송신 코일과 상기 근거리 무선 통신 안테나가 배치될 수 있다.
또한, 상기 기판의 다른 일면에 자성 차폐제가 더 배치될 수 있다.
또한, 상기 전자파 차폐 실드는 상기 무선 전력 송신 장치의 동작 주파수에 상응하는 하모닉 주파수 성분을 흡수하여 차단할 수 있다.
또한, 상기 근거리 무선 통신 안테나는 NFC(Near Field Communication) 안테나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치는 코일 어셈블리와 상기 코일 어셈블리와 전기적으로 연결된 제어 회로 기판을 포함하고, 상기 코일 어셈블리는 기판과 상기 기판의 일면에 배치되는 무선 전력 송신 코일과 상기 무선 전력 송신 코일과 중첩되지 않게 배치되는 근거리 무선 통신 안테나와 상기 근거리 무선 통신 안테나 및 상기 무선 전력 송신 코일 위에 배치되는 전자파 간섭 실드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 송신 장치는 접지 단자를 더 포함하고, 상기 전자파 차폐 실드는 상기 접지 단자에 연결되어 상기 무선 전력을 전송하기 위해 사용되는 동작 주파수의 하모닉 성분을 흡수 차단할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전자파 차폐 구조를 가지는 코일 어셈블리 및 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.
본 발명은 무선 충전을 위한 동작 주파수에 상응하여 발생되는 고조파 신호를 차단함으로써, EMI 개선하는 것이 가능한 코일 어셈블리 및 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 어셈블리에 근거리 무선 통신 안테나를 배치시키는 다양한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 어셈블리에 전자파 간섭 실드를 배치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 어셈블리에 근거리 무선 통신 안테나를 배치시키는 다양한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 어셈블리에 전자파 간섭 실드를 배치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 바닥 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단에는 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 일 예로, 무선 파워 전송 수단은 WPC(Wireless Power Consortium), PMA(Power Matters Alliance) 등의 무선 충전 기술 표준 기구에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium), PMA(Power Matters Alliance), Qi 등에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 무선 전력 수신기는 운송 장치의 일측에 장착될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩되도록 배치될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 서로 중첩되지 않게 배치되거나 하나의 송신 코일이 장착될 수도 있다.
무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차가 개시되면 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 소정 응답 신호-예를 들면, 감지 신호에 대응되는 수신 신호 세기 정보가 포함된 신호일 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해, 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116) 또는 신호 세기 패킷(Signal Strength Packet)이라 명함-가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차가 개시되면 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.
상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.
만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 코일 어셈블리(400-1)는 자성 차폐제(411), 무선 전력 송신 코일(412), 근거리 무선 통신 안테나(413) 및 전자파 간섭 실드(EMI Shield: Electro-Magnetic Interference Shield, 414)를 포함하여 구성될 수 있다.
도면 번호 410은 코일 어셈블리(400-1)의 평면도이고, 도면 번호 420은 도면 번호 410의 점선 a1-a2로 잘랐을 때의 횡단면도이다.
도면 번호 420에 도시된 바와 같이, 제2 층을 구성하는 무선 전력 송신 코일(412) 및 근거리 무선 통신 안테나(413)는 제1 층인 자성 차폐제(411)상에 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 여기서, 자성 차폐제(411)는 사출 성형된 샌더스트 블록일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 페라이트 블록으로 구성될 수도 있다. 샌더스트 블록의 일측에는 무선 전력 송신 코일(412)의 양단 및 근거리 무선 통신 안테나의 양단을 연결하기 위한 연결 단자가 별도 또는 일체형으로 구비될 수 있다.
근거리 무선 통신 안테나(413)는 무선 전력 송신 코일(412)의 외곽에 배치될 수 있다. 일 예로, 근거리 무선 통신 안테나(413)는 NFC(Near Field Communication) 통신을 위한 안테나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선주파수 식별(RFID: Radio Frequency Identification) 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신 중 어느 하나일 수도 있다.
제3층에는 전자파 간섭 실드(414)가 배치될 수 있다. 일 실시예에 따른 전자파 간섭 실드(414)는 동판으로 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 특정 주파수 대역을 필터링하는 소재이면 족하다.
일 예로, 전자파 간섭 실드(414)는 무선 전력 송신 코일(412)를 통해 송출되는 라디오 주파수 대역의 전자파를 차단하도록 설계될 수 있다.
특정 동작 주파수로 교류 전력 신호를 생성하여 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신기는 해당 동작 주파수의 무선 전력 신호뿐만 아니라 동작 주파수의 배수 주파수인 하모닉 주파수 성분(고조파)도 생성할 수 있다.
생성된 하모닉 주파수 성분은 주로 능동 회로를 지나면서 증폭된 하모닉 조합을 만들어 내기 때문에 무선 전력 송신 코일(412)를 통해 하모닉 주파수 성분이 전파되는 경우 해당 하모닉 주파수 성분에 해당되는 주파수 대역을 사용하는 시스템에 문제를 발생시킬 수 있다.
만약, 하모닉 주파수 성분이 공중파 라디오 주파수 대역을 포함하는 경우, 차량 라디오 수신 안테나에는 정상적인 라디오 주파수 신호뿐만 아니라 무선 전력 송신기에 의한 생성된 간섭 신호-즉, 하모닉 주파수 성분-가 함께 수신될 수 있다. 이에 따라 차량에서의 라디오 청취 감도가 열화될 수 있다.
일 예로, 국내 AM 라디오 채널의 주파수 대역은 531~1602KHz의 중파(MF: Middle Frequency) 이고, 무선 충전 기술 표준의 하나인 Qi 표준에 정의된 동작 주파수는 110~205KHz이다. 따라서, Qi 표준의 동작 주파수의 하모닉 주파수 성분 중 일부는 국내 AM 라디오 채널에 간섭으로 작용할 수 있다.
다른 일 예로, 국내 단파(HF: High Frequecy) 대역은 3~30MHz이고, 다른 무선 충전 기술 표준인 A4WP의 동작 주파수는 6.78MHz이다. 따라서, A4WP 표준의 동작 주파수의 일부 하모닉 주파수 성분은 단파 대역에 간섭으로 작용할 수 있다. 일 예로 , 단파 대역은 탐색과 구조, 선박 및 항공 통신, 전신, 전화, 팩시밀리, 선박 연안간 통신 등에 사용되는 대역이다.
전자파 간섭 실드(414)는 무선 전력 송신 코일(412)에 의해 전파되는 하모닉 주파수 성분(고조파)을 흡수하여 접지시킬 수 있다. 이를 위해, 전자파 간섭 실드(414)는 무선 전력 송신기에 구비된 접지 면(또는 접지 단자)과 연결될 수 있다. 이때, 전자파 간섭 실드(412)의 면적이 커질수록 하모닉 주파수 성부의 흡수율은 높을 수 있으나, 무선 전력 전송 효율을 떨어질 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 효율이 소정 기준치 이상을 유지하도록 전자파 간섭 실드(412)의 차폐 면적이 결정될 수 있다.
일 예로, 전자파 간섭 실드(414)는 도면 번호 410)에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 효율 저하를 최소화시키기 위해 복수의 슬릿(Slit, 430)을 가지도록 구성될 수 있다. 여기서, 슬릿(430)의 형태 및 크기는 당업자의 설계 및 요구되는 충전 효율에 따라 상이할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b를 참조하면, 코일 어셈블리(400-2)는 자성 차폐제(411), 무선 전력 송신 코일(412), 근거리 무선 통신 안테나(413), 전자파 간섭 실드(EMI Shield: Electro-Magnetic Interference Shield, 414) 및 기판(415)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 기판(415)은 인쇄 회로 기판(PCB : Printed Circuit Board)일 수 있다.
도면 번호 440은 코일 어셈블리(400-2)의 평면도이고, 도면 번호 450은 도면 번호 440의 점선 a1-a2로 잘랐을 때의 횡단면도이다.
도면 번호 450에 도시된 바와 같이, 제3 층에 배치되는 무선 전력 송신 코일(412) 및 근거리 무선 통신 안테나(413)는 제2 층인 기판(415)상에 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 제2 층인 기판(415) 하부에 자성 차폐제(411)가 배치될 수 있다. 여기서, 자성 차폐제(411)는 페라이트 성분의 접착식 자성 차폐 시트일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
근거리 무선 통신 안테나(413)는 무선 전력 송신 코일(412)의 외곽에 배치될 수 있다. 일 예로, 근거리 무선 통신 안테나(413)는 NFC(Near Field Communication) 통신을 위한 안테나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선주파수 식별(RFID: Radio Frequency Identification) 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신 중 어느 하나일 수도 있다.
무선 전력 송신 코일(412) 및 근거리 무선 통신 안테나(413) 중 적어도 하나는 기판(415)에 패턴 인쇄될 수도 있다.
상기한 도 4a 및 도 4b의 실시예에서는 자성 차폐제(411) 또는 기판(415) 위에 배치되는 송신 코일의 개수가 3개인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 1개 또는 2개 또는 4개 이상이 배치될 수도 있음을 주의해야 한다.
또한, 상기한 도 4a 및 도 4b의 실시예에서는 자성 차폐제(411) 또는 기판(415) 위에 배치되는 송신 코일들이 적층 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며 적층되지 않고, 하나의 평면에 배치될 수도 있음을 주의해야 한다. 무선 전력 송신 코일(412)이 적층되지 않는 경우, 해당 무선 전력 송신 코일(412)은 모두 기판(415)에 패턴 인쇄될 수 있다.
무선 전력 송신 코일(412)이 적층되는 경우, 일부 송신 코일은 기판(415)에 패턴 인쇄되고, 나머지 송신 코일은 패턴 인쇄된 송신 코일 위에 소정 접착 부재를 이용하여 접착될 수도 있다.
도 4c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c를 참조하면, 코일 어셈블리(400-3)는 자성 차폐제(411), 무선 전력 송신 코일(412), 근거리 무선 통신 안테나(413) 및 전자파 간섭 실드(EMI Shield: Electro-Magnetic Interference Shield, 414)를 포함하여 구성될 수 있다.
도면 번호 460은 코일 어셈블리(400-3)의 평면도이고, 도면 번호 470은 도면 번호 460의 점선 a1-a2로 잘랐을 때의 횡단면도이다.
도면 번호 470을 참조하면, 자성 차폐제(411)는 무선 전력 송신 코일(412)이 배치되는 제1 평면부(411-1)와 상기 제1 평면부(411-1)의 가장 자리 일측에서 돌출되어 근거리 무선 통신 안테나(413)가 배치되는 제1 돌출부(411-2) 및 제2 돌출부(411-3)을 포함할 수 있다.
도면 번호 470을 참조하면, 제2 층에 배치되는 무선 전력 송신 코일(412)과 제3 층에 배치되는 근거리 무선 통신 안테나(413)는 제1 층 및 제2 층에 배치되는 자성 차폐제(411)상에 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 본 실시예에 따라, 근거리 무선 통신 안테나(413)는 충전 베드에 좀 더 가깝게 배치될 수 있으며, 근거리 무선 통신 안테나(413)를 통한 신호 감도가 향상될 수 있다.
자성 차폐제(411)는 사출 성형된 샌더스트 블록일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 페라이트로 구성될 수도 있다.
도 4d는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4d를 참조하면, 코일 어셈블리(400-4)는 자성 차폐제(411), 무선 전력 송신 코일(412), 근거리 무선 통신 안테나(413), 전자파 간섭 실드(EMI Shield: Electro-Magnetic Interference Shield, 414) 및 기판(415)을 포함하여 구성될 수 있다.
도면 번호 480은 코일 어셈블리(400-4)의 평면도이고, 도면 번호 490은 도면 번호 480의 점선 a1-a2로 잘랐을 때의 횡단면도이다.
도면 번호 490에 도시된 바와 같이, 제3 층에 무선 전력 송신 코일(412)이 배치되고 제 4층에 근거리 무선 통신 안테나(413)가 배치될 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 코일(412)은 제2 층인 기판(415)상에 패턴 인쇄되어 배치될 수 있다. 기판(415) 하부-즉, 제1 층-에는 자성 차폐제(411)가 배치될 수 있다. 여기서, 자성 차폐제(411)는 페라이트 성분의 접착식 자성 차폐 시트일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
근거리 무선 통신 안테나(413)와 무선 전력 송신 코일(412)는 서로 중첩되지 않도록 근거리 무선 통신 안테나(413)가 무선 전력 송신 코일(412)의 외곽에 배치될 수 있다. 일 예로, 근거리 무선 통신 안테나(413)는 NFC(Near Field Communication) 통신을 위한 안테나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선주파수 식별(RFID: Radio Frequency Identification) 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신 중 어느 하나일 수도 있다.
제3 층에 배치된 무선 전력 송신 코일(412)를 기판(415)에 고정시키고, 제4 층에 배치되는 근거리 무선 통신 안테나(413)의 배치 평면이 형성되도록 제3 층에 유전체 물질(416)이 채워질 수 있다. 즉, 근거리 무선 통신 안테나(413)는 응고된 유전체 물질상에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기한 도 4a의 실시예에서 자성 차폐제(411)위에 무선 전력 송신 코일(412)과 근거리 무선 통신 안테나(413)가 배치된 후, 그 위에 액체 상태의 유전체 물질이 분사되어 응고될 수 있다. 이때, 응고된 유전체 물질상에 전자파 간섭 실드(414)가 배치될 수 있다. 이를 통해 코일 어셈블리(400)의 내구성이 향상될 수 있다.
도 4e는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자파 간섭 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신 코일 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4e를 참조하면, 코일 어셈블리(400-5)는 자성 차폐제(411), 무선 전력 송신 코일(412), 근거리 무선 통신 안테나(413), 전자파 간섭 실드(EMI Shield: Electro-Magnetic Interference Shield, 414) 및 기판(415)을 포함하여 구성될 수 있다.
도면 번호 491은 코일 어셈블리(400-5)의 평면도이고, 도면 번호 492는 도면 번호 491의 점선 a1-a2로 잘랐을 때의 횡단면도이다.
도면 번호 492에 도시된 바와 같이, 제1층에 자성 차폐제(411), 제2 층에는 무선 전력 송신 코일(412), 제3 층에는 기판(415), 제4 층에는 근거리 무선 통신 안테나(413), 제5 층에는 전자파 간섭 실드(414)가 배치될 수 있다. 일 예로, 기판(412)의 양면에는 각각 제2 층의 무선 전력 송신 코일(412)와 근거리 무선 통신 안테나(413)가 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 어셈블리에 근거리 무선 통신 안테나를 배치시키는 다양한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 도면 번호 510 내지 540에 도시된 바와 같이, 근거리 무선 통신 안테나는 당업자의 설계 목적에 따라 상이하게 배치될 수 있다. 일 예로, 코일 어셈블리가 스마트폰의 무선 충전을 위해 사용되는 무선 전력 송신기에 장착될 수 있다. 이 경우, 코일 어셈블리에 장착되는 근거리 무선 통신 안테나의 배치 형태 및 위치는 대상 스마트폰에 장착된 근거리 무선 통신 안테나의 배치 형태 및 위치를 고려하여 다양하게 설계될 수 있음을 주의해야 한다. 또한, 코일 어셈블리에 장착되는 근거리 무선 통신 안테나의 개수도 스마트폰에 장착된 근거리 무선 통신 안테나의 배치 형태 및 위치를 고려하여 다양하게 설계될 수 있음을 주의해야 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 어셈블리에 전자파 간섭 실드를 배치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 코일 어셈블리(600)의 최상단에는 제1 전자파 간섭 실드(610)와 제2 전자파 간섭 실드(620)가 서로 마주 보게 배치될 수도 있다.
이때, 제1 전자파 간섭 실드(610)와 제2 전자파 간섭 실드(620)는 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.
제1 전자파 간섭 실드(610)와 제2 전자파 간섭 실드(620)는 코일 어셈블리(600)에 구비된 접지 단자에 연결될 수 있다.
상기한 실시 예들에서의 코일 어셈블리는 무선 전력 송신 장치의 동작을 제어하는 제어 회로 기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제어 회로 기판은 외부 전원을 공급 받는 전원 단자, 외부 전원을 변환하여 무선 충전을 위한 전력 신호를 생성하는 각종 회로 소자 및 이를 제어하기 위한 마이크로 프로세서, 무선 전력 수신기와의 통신을 수행하는 변조 및 복조 회로, 무선 전력 송신 장치의 특정 위치에서의 온도, 전류, 전압, 정전 용량 중 적어도 하나를 센싱하는 각종 센서 등이 포함되어 구성될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (10)
- 무선 전력 송신 장치에 장착되는 코일 어셈블리에 있어서,
기판;
상기 기판의 일면에 배치되는 무선 전력 송신 코일;
상기 무선 전력 송신 코일과 중첩되지 않게 배치되는 근거리 무선 통신 안테나; 및
상기 근거리 무선 통신 안테나 및 상기 무선 전력 송신 코일 위에 배치되는 전자파 간섭 실드
를 포함하는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 전자파 간섭 실드는 상기 무선 전력 송신 장치에 구비된 접지 단자에 연결되는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 전자파 간섭 실드는 복수의 슬릿을 포함하는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 서로 다른 면에 상기 무선 전력 송신 코일과 상기 근거리 무선 통신 안테나가 배치되는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 동일 면에 상기 무선 전력 송신 코일과 상기 근거리 무선 통신 안테나가 배치되는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 다른 일면에 자성 차폐제가 더 배치되는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 전자파 차폐 실드는 상기 무선 전력 송신 장치의 동작 주파수에 상응하는 하모닉 주파수 성분을 흡수하여 차단하는, 코일 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 근거리 무선 통신 안테나는 NFC(Near Field Communication) 안테나인, 코일 어셈블리. - 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
코일 어셈블리; 및
상기 코일 어셈블리와 전기적으로 연결된 제어 회로 기판
을 포함하고,
상기 코일 어셈블리는
기판;
상기 기판의 일면에 배치되는 무선 전력 송신 코일;
상기 무선 전력 송신 코일과 중첩되지 않게 배치되는 근거리 무선 통신 안테나; 및
상기 근거리 무선 통신 안테나 및 상기 무선 전력 송신 코일 위에 배치되는 전자파 간섭 실드
를 포함하는, 무선 전력 송신 장치. - 제9항에 있어서,
상기 무선 전력 송신 장치는 접지 단자를 더 포함하고, 상기 전자파 차폐 실드는 상기 접지 단자에 연결되어 상기 무선 전력을 전송하기 위해 사용되는 동작 주파수의 하모닉 성분을 흡수 차단하는, 무선 전력 송신 장치.
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|---|---|---|---|---|
| KR102087300B1 (ko) | 2018-12-06 | 2020-03-10 | 한국과학기술원 | 무선 충전과 nfc 통신을 위한 무선 안테나 및 이를 이용한 무선 단말 장치 |
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2017
- 2017-03-02 KR KR1020170026910A patent/KR20180100749A/ko unknown
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| WO2022265146A1 (ko) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 주식회사 위츠 | 노이즈 개선용 무선 전력 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 |
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