KR20190035068A - 케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기 - Google Patents

케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기 Download PDF

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KR20190035068A
KR20190035068A KR1020170123867A KR20170123867A KR20190035068A KR 20190035068 A KR20190035068 A KR 20190035068A KR 1020170123867 A KR1020170123867 A KR 1020170123867A KR 20170123867 A KR20170123867 A KR 20170123867A KR 20190035068 A KR20190035068 A KR 20190035068A
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조용석
박신호
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이주영
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

무선충전기는 제1 부재 및 제2 부재를 포함하는 제1 케이스와, 무선충전 코일이 배치되는 제2 케이스를 포함한다. 제1 부재는 제1 영역과 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함할 수 있다.
제2 부재는 금속재질을 포함하고, 제1 부재의 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 제2 영역의 두께는 제1 영역의 두께보다 작을 수 있다.

Description

케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기{Case and wireless-power transmitter}
실시예는 케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 “무선충전시스템”이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선충전시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선충전시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.
일반적으로 무선충전시스템은 무선전력전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력송신기와 무선전력송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선전력수신기로 구성된다.
무선전력수신기는 무선전력송신기의 케이스 상에 안착되어 무선충전된다. 무선충전을 위해 무선전력송신기의 코일에 전류가 흐르게 되고, 이러한 전류에 의해 열이 발생된다. 이와 같이 발생된 열은 케이스를 통해 무선전력수신기로 전달되고, 무선전력송신기로부터 전달된 열에 의해 온도가 높아지는 경우 무선전력수신기의 배터리에 충전되는 시간이 증가된다. 이는 무선전력수신기에서 열이 높은 경우 무선전력송신기의 전류를 급격히 강하시켜 충전효율이 급격히 떨어지는 mitigation point가 발생되는데 기인한다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 열에 관계없이 충전시간을 단축시킬 수 있는 케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기를 제공한다.
실시예의 다른 목적은 열에 관계없이 충전효율을 향상시킬 수 있는 케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 케이스는, 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 제1 부재; 및 상기 제1 부재 상에 배치되는 제2 부재를 포함한다. 상기 제2 영역의 상측에 리세스가 형성될 수 있다. 상기 제2 부재는 상기 리세스에 배치될 수 있다. 상기 제2 부재는 금속 재질을 포함할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 무선충전기는, 제1 부재 및 제2 부재를 포함하는 제1 케이스; 및 무선충전 코일이 배치되는 제2 케이스를 포함한다. 상기 제1 부재는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함할 수 있다. 상기 제2 부재는 금속재질을 포함하고, 상기 제1 부재의 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 영역의 두께는 상기 1영역의 두께보다 작을 수 있다. 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 무선전력수신기로 무선으로 전력을 송출하는 무선전력송신기는, 상기 전력을 수신하기 위해 상기 무선전력송신기가 안착되기 위한 제1 케이스; 상기 제1 케이스와 체결되는 제2 케이스; 및 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스 사이에 배치되고 송신코일을 포함하는 무선전력송신모듈을 포함할 수 있다. 상기 제1 케이스는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 제1 부재; 및 상기 제1 부재 상에 배치되는 제2 부재를 포함할 수 있다. 상기 송신코일은 상기 제2 부재의 내측에 위치되어 배치될 수 있다. 상기 제2 부재의 전도율은 제1 부재의 전도율 대비 1: 68 내지 1:357일 수 있다.
실시예에 따른 케이스 및 이를 구비한 무선전력송신기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 케이스의 내측의 제1 부재보다 더 전도율이 우수한 제2 부재를 케이스의 외측에 배치함으로써, 무선전력송신모듈에서 발생된 열이 제1 부재를 통해 무선전력수신기로 전달되기보다는 제2 부재로 전달되어 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 무선전력수신기의 온도가 증가되지 않게 되어, immigration point가 발생되지 않아 무선전력수신기 배터리가 지속적으로 충전될 수 있어 무선충전송신기에서 발생된 열에 관계없이 배터리의 충전시간이 단축될 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제2 부재의 내측영역이 무선전력송신모듈의 송신코일의 외측영역으로부터 이격되도록 함으로써, 제2 부재가 송신코일에서 발생되는 자기장으로부터의 영향을 받지 않도록 하여 자기장에 의한 제2 부재의 온도가 증가되지 않도록 할 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 부재의 외측 둘레에 형성된 리세스의 내면 및 리세스에 부착되는 제2 부재의 외면 모두 요철패턴이 형성되고 각 요철패턴이 맞물림으로 부착됨으로써, 제2 부재와 제1 부재의 리세스 사이의 접촉 면적이 확장될 수 있다. 이에 따라, 무선전력송신모듈에서 발생된 열의 유효 열전도율이 제1 케이스의 두께방향보다 수평방향으로 더 증가될 수 있어, 무선전력송신모듈의 열이 무선전력수신기보다 제1 케이스의 제2 부재를 통해 외부로 신속히 방출되므로, 충전효율이 향상되고 충전시간이 단축될 수 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 무선충전시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 무선전력송신기를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 무선전력송신기를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 무선전력송신기에서 제1 케이스, 무선전력송신모듈 및 제2 케이스 사이의 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 무선전력송신기에서 제1 케이스와 무선전력수신기의 배치 모습을 보여준다.
도 6은 홈패턴을 갖는 제1 케이스를 도시한다.
도 7은 종래와 실시예에 따른 온도 변화를 보여준다.
도 8은 제2실시예에 따른 무선전력송신기를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 무선충전장치의 분해사시도이다.
이하, 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.
이상에서, 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예의 설명에 있어서, 무선전력 충전 시스템상에서 무선전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선전력송신기, 무선전력 송신 장치, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선전력전송 장치, 무선전력송신기, 무선전력전송기, 무선충전장치, 무선충전기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선전력 송신 장치로부터 무선전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선전력 수신 장치, 무선전력수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시예에 따른 무선충전장치는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스탠드(stand) 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선전력 수신 장치에 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선전력송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
실시예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선전력수신기가 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선전력수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
실시예에 따른 무선전력수신기는 적어도 하나의 무선전력전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선전력송신기로부터 동시에 무선전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선전력전송 방식은 전자기유도 방식, 전자기공진 방식, RF 무선전력전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 무선충전시스템을 구성하는 무선전력송신기와 무선전력수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스폭변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수변조 방식, 위상변조 방식, 진폭변조 방식, 진폭 및 위상변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선전력수신기는 수신코일을 통해 유도된 전류를 기 설정된 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선전력송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선전력수신기에 의해 전송되는 정보는 수신전력세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선전력송신기는 수신전력세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선충전시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 무선충전시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선전력송신기(10), 송출된 전력을 수신하는 무선전력수신기(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선전력송신기(10)과 무선전력수신기(20)은 무선전력전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선전력송신기(10)과 무선전력수신기(20)은 무선전력전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기(10)과 무선전력수신기(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 송수신기(10, 20) 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식(half duplex) 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선전력수신기(20)이 무선전력송신기(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선전력송신기(10)이 무선전력수신기(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선전력수신기(20)과 무선전력송신기(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능하도록 설정된 통신을 말한다.
실시예에 따른 무선전력수신기(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, 무선전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
도 2는 제1 실시예에 따른 무선전력송신기를 도시한 분해사시도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 무선전력송신기를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 무선전력송신기(10)는 무선전력송신모듈(11), 제1 케이스(17) 및 제2 케이스(19)를 포함할 수 있다.
무선전력송신모듈(11)은 무선전력수신기(20)로 송신할 무선전력을 생성할 수 있다. 이를 위해, 무선전력송신모듈(11)은 인쇄회로기판(12) 및 송신코일(16)을 포함할 수 있다. 무선전력송신모듈(11)은 인쇄회로기판(12)과 송신코일(16) 사이에 배치된 코어시트(core sheet, 14)를 더 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(12)은 무선전력을 생성하는데 필요한 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 인쇄회로기판(12)은 리지드(rigid) 인쇄회로기판이나 플렉서블(flexible) 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(12) 상에 제어를 위한 다양한 회로부가 실장될 수 있다. 인쇄회로기판(12)에는 각 회로부 사이의 신호 전달이나 회로부와 송신코일(16) 사이의 신호 전달을 위한 회로패턴을 포함할 수 있다.
송신코일(16)은 인쇄회로기판(12)으로부터 공급되는 전원에 의해 무선전력수신기(20)로 송신하기 위한 무선전력을 생성할 수 있다. 송신코일(16)은 나선형으로 감겨진 다수의 도선을 포함할 수 있다. 송신코일(16)은 전자기 유도를 위한 전자기유도코일과 무선전력수신기(20)와의 전력의 공진을 위한 공진코일을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
코어시트(14)는 자기밀도를 높여 충전효율을 향상시킬 수 있다. 코어시트(14)는 예컨대, 페라이트재질로 이루어질 수 있다.
인쇄회로기판(12), 송신코일(16) 및 코어시트(14)로는 통상적인 공지 기술이 적용될 수 있다.
제2 케이스(19)는 무선전력송신모듈(11)을 지지 및 고정시킬 수 있다. 제2 케이스(19)는 내부에 캐비티(cavity)를 갖는 구조로 형성될 수 있다. 이러한 제2 케이스(19)의 캐비티에 무선전력송신모듈(11)이 안착되어 제2 케이스(19)에 고정될 수 있다.
제2 케이스(19)는 가볍고 튼튼하며 절연 특성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 케이스(19)는 플라스틱 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 케이스(17)는 무선전력수신기(20)가 안착시키고, 외부로부터 무선전력송신모듈(11)을 보호할 수 있다. 제1 케이스(17)는 무선전력송신모듈(11)을 사이에 두고 제2 케이스(19)에 체결될 수 있다.
제1 케이스(17)는 무선전력수신기(20)의 접촉면에 대응되는 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 무선전력수신기(20)의 접촉면, 예컨대 배면이 평면인 경우, 제1 케이스(17)의 상면 또한 평면을 가질 수 있다.
제1 케이스(17)는 상부에서 보았을 때 원형이나 다각형을 가질 수 있다.
제1 케이스(17)는 제1 부재(101) 및 제2 부재(103)을 포함할 수 있다. 제1 부재(101)는 전도율이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 부재(101)는 1.0W/k-m 이상의 전도율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 부재(101)는 우레탄이나 실리콘과 같은 수지재(resin material)로 형성될 수 있다. 제2 부재(103)는 제1 부재(101)의 재질과 상이한 재질로 형성될 수 있다. 제2 부재(103)는 제1 부재(101)보다 전도율이 더 우수한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 부재(103)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 부재(103)는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 부재(101)보다 더 전도율이 우수한 제2 부재(103)가 배치됨으로써, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 제1 부재(101)를 통해 무선전력수신기(20)로 전달되기보다는 제2 부재(103)로 전달되어 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 무선전력수신기(20)의 온도가 증가되지 않게 되어, immigration point가 발생되지 않아 무선전력수신기(20)의 배터리가 지속적으로 충전될 수 있어 무선충전송신기에서 발생된 열에 관계없이 배터리의 충전시간이 단축될 수 있다.
제1 부재(101)는 제1 영역(R1)과 제1 영역(R1)을 둘러싸는 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 영역(R1)은 중심영역으로 명명되고, 제2 영역(R2)은 에지영역으로 명명될 수 있다.
이러한 경우, 제2 영역(R2)은 리세스(107)를 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 영역(R2)의 상측에는 리세스(107)가 형성될 수 있다. 리세스(107)는 제2 영역(R2)의 상면으로부터 일정 깊이 들어간 형상을 가질 수 있다. 리세스(107)의 바닥면 및 측면은 평면을 가질 수 있다. 이와 반대로, 제2 영역(R2)의 상면 및 측면은 평면을 가지며 하측에 리세스가 형성될 수 있다. 리세스는 제2 영역(R2)의 하면으로부터 일정 깊이 들어간 형상을 가질 수 있다.
제2 영역(R2)이 제1 영역(R1)을 둘러싸는 폐루프(closed loop) 구조를 가지며, 리세스(107) 또한 폐루프 구조를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
리세스(107)는 제2 부재(103)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 리세스(107)의 깊이는 제1 부재(101)의 두께와 동일할 수 있다. 리세스(107)의 폭은 제1 부재(101)의 폭과 동일할 수 있다.
리세스(107)가 바닥면과 측면을 가지고, 바닥면과 측면이 만나는 영역에서 각을 가지는 형상을 가질 수 있다. 이때, 그 각의 각도는 직각, 예각 또는 둔각을 가질 수 있다. 이와 달리, 리세스(107)는 정면에서 보았을 때, 라운드 형상을 가질 수도 있다.
제2 부재(103)는 제1 부재(101)의 리세스(107)에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제2 부재(103)의 상면은 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 상면과 일치할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 부재(103)는 접착제나 열 압착을 이용하여 제1 부재(101)의 리세스(107)에 부착될 수 있다.
제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께를 t1이라 하고, 제1 부재(101)의 리세스(107)에 배치되는 제2 부재(103)의 두께를 t2라 한다. 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께(t1)과 제2 부재(103)의 두께(t2)의 합(ttot)은 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 두께와 동일할 수 있다. 제2 부재(103)의 두께(t2)는 리세스(107)의 깊이(d)와 동일할 수 있다.
제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께(t1)과 제2 부재(103)의 두께(t2)의 합(ttot)은 수학식 1이 만족될 수 있다.
[수학식 1]
ttot=t1+d
이때, 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께(t1)와 리세스(107)의 깊이(d)는 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
d≥t1
즉, 리세스(107)의 깊이(d)는 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께( t1)와 동일하거나 클 수 있다. 다시 말하면, 제2 부재(103)의 두께(t2)는 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께(t1)보다 클 수 있다. 이와 같이, 리세스(107)의 깊이(d)를 가능한 깊게 하여 그 리세스(107)에 배치되는 제2 부재(103)의 두께를 두껍게 하여 줌으로써, 제2 부재(103)의 열 방출 성능을 더욱 더 향상시킬 수 있어, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 보다 빠르게 외부로 방출될 수 있다.
아울러, 제2 부재(103)의 두께(t2)는 수학식 3이 만족될 수 있다.
[수학식 3]
t2≥d
즉, 제2 부재(103)의 두께(t2)는 리세스(107)의 깊이(d)와 동일하거나 클 수 있다. 이러한 경우, 제2 부재(103)가 리세스(107)에 배치되는 경우, 제2 부재(103)의 상면은 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 상면으로부터 상부 방향으로 돌출될 수 있다. 즉, 제2 부재(103)의 상면은 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 상면보다 높게 위치될 수 있다. 이와 같이, 제2 부재(103)의 두께(t2)를 가능한 두껍게 하여 줌으로써, 제2 부재(103)의 열 방출 성능을 더욱 더 향상시킬 수 있어, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 보다 빠르게 외부로 방출될 수 있다.
리세스(107)의 깊이(d)는 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 두께(t1)의 0.5배 내지 0.7배일 수 있다. 리세스(107)의 깊이(d)가 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 두께(t1)의 0.5배 이상인 경우, 더 두꺼운 제2 부재(103)가 리세스(107)에 안정적으로 배치될 수 있어, 열 방출이 더욱 더 개선될 수 있다. 리세스(107)의 깊이(d)가 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 두께(t1)의 0.7배 이상인 경우, 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께가 상대적으로 얇아지게 되어, 제2 부재(103)의 금속 재질이 송신코일(16)에 영향을 받게 되어 온도 증가로 인해 역효과가 발생될 수 있다.
제1 케이스(17)와 제2 케이스(19)가 체결되고, 제1 케이스(17)와 제2 케이스(19) 사이에 무선전력송신모듈(11)이 배치되고 무선전력송신모듈(11)이 제2 케이스(19)에 체결되어, 무선전력송신기(10)가 조립될 수 있다. 이와 같이 조립된 무선전력송신기(10) 상에 무선전력수신기(20)가 안착되어 무선충전이 수행될 수 있다. 이러한 경우, 도 4a)에 도시한 바와 같이, 제2 케이스(19)와 무선전력송신모듈(11) 사이의 간격이 L1이고, 무선전력송신모듈(11)과 제1 케이스(17) 사이의 간격이 L2이며, 제1 케이스(17)와 무선전력수신기(20) 사이의 간격이 L3일 수 있다. 도 4는 발명의 설명을 위하여 각 구성 사이의 간격을 넓혀 도시한 것이다. 이들 구성 간의 실제 간격은 조립된 상태의 간격에 의해 정해질 수 있다.
무선전력수신기(20)의 온도는 제1 케이스(17)의 온도에 영향을 받으므로, 도 4b에 도시한 바와 같이 점선 그래프를 따라가는 온도 기울기, 즉 온도차를 갖도록 방열 특성을 조정할 필요가 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 무선전력송신모듈(11)과 제1 케이스(17) 사이의 간격(L2)에서 온도차(ΔT)는 수학식 4와 같이 나타내어질 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00001
q는 플럭스(flux)를 나타내고, A는 무선전력송신모듈(11)과 제1 케이스(17) 사이의 접촉면적을 나타내며, k는 전도율을 나타낼 수 있다. 플럭스의 단위는 W/A이고, 전도율은 W/m℃일 수 있다.
여기서, q. L 및 A는 고정되므로, 온도차(ΔT)를 줄이기 위해서는 제1 케이스(17)의 재질의 전도율(k)를 높여야 한다. 이때, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)에 제2 부재를 배치하는 구조를 통해 제1 케이스(17)의 표면의 유효 전도율을 높일 수 있다.
제1 케이스(17)의 표면의 유효 전도율은 평면방향 유효전도율과 두께방향 유효전도율로 구분될 수 있다. 평면방향 유효전도율은 제1 및 제2 부재(101, 103)의 배치 구조에 의해 제1 부재(101)의 측 방향으로 실질적으로 전달되는 전도율이고, 두께방향 유효전도율은 제1 및 제2 부재(101, 103)의 배치 구조에 의해 제1 부재(101)의 면에 수직한 방향으로 실질적으로 전달되는 전도율일 수 있다.
평면방향 유효전도율(Kin-plane)은 하기 수학식 5를 이용하여 산출되고, 두께방향 유효전도율(Knormal)은 하기 수학식 6을 이용하여 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00002
[수학식 6]
Figure pat00003
N은 층수이고, t는 두께(mm)일 수 있다. Km은 제1 부재(101)의 열 전도율이고, Ks는 제2 부재(103)의 열 전도율일 수 있다. Cm은 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 면적비이고, Cs는 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)에 배치된 제2 부재(103)의 면적비일 수 있다. 이때, Cm +Cs는 1일 수 있다. t의 단위는 mm이고, Km, Ks, Kin-plane 및 Knormal의 단위는 W/m-K일 수 있다.
예컨대, 제2 부재(103)의 열 전도율(Ks)가 제1 부재(101)의 열 전도율(Km)보다 a배 큰 경우(Ks=aKm, a>1), Ks를 수학식 5에 대입하면 수학식 7과 같이 나타내어질 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00004
따라서, 평면방향 유효전도율(Kin-plane)은 제2 부재(103)의 열 전도율(Kw)이 더 우수한 재질이 사용되는 경우, 더욱 더 증가될 수 있다.
아울러, Ks를 수학식 6에 대입하면 수학식 8과 같이 나타내어질 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00005
따라서, 두께방향 유효전도율(Knormal) 또한 제2 부재(103)의 열 전도율(Kw)이 더 우수한 재질이 사용되는 경우, 더욱 더 증가될 수 있다.
예컨대, 제1 부재(101)의 전도율(Km)은 0.7 내지 2.5W/m-K일 수 있다. 제1 부재(101)의 전도율(Km)은 1.3W/m-K일 수 있다. 제2 부재(103)의 전도율(Ks)은 170 내지 250W/m-K일 수 있다. 제2 부재(103)의 전도율(Ks)은 180 W/m-K일 수 있다. 제2 부재(103)의 전도율(Ks)은 제1 부재(101)의 전도율(Km) 대비 1: 68 내지 1:357일 수 있다.
제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 면적비(Cm)는 0.38이고, 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)에 배치된 제2 부재(103)의 면적비(Cs)는 0.62일 수 있다. 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)에 배치된 제2 부재(103)의 면적비(Cs)는 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)의 면적비(Cm)에 비해 1: 1 내지 1:2.5일 수 있다.
제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께(t1)와 제2 부재(103)의 두께(t2)가 각각 1mm일 수 있다. 예컨대, 제2 부재(103)의 두께(t2)는 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 두께(t1) 대비 1:1 내지 1:3일 수 있다.
상술한 파라미터값들을 수학식 5 및 6에 대입하면, 평면방향 유효전도율(Kin-plane)은 56.7W/m-K이며, 두께방향 유효전도율(Knormal)은 2.57W/m-K일 수 있다. 상술한 파라미미터값들의 조정에 의해 평면방향 유효전도율(Kin-plane)와 두께방향 유효전도율(Knormal)은 달라질 수 있다. 예컨대, 평면방향 유효전도율(Kin-plane)은 두께방향 유효전도율(Knormal) 대비 1:20 내지 1: 40일 수 있다.
이에 따라, 제1 케이스(17)의 제1 부재(101)와 제2 부재(103)의 배치 구조에 의해 유효전도율, 특히 평면방향 유효전도율(Kin-plane)이 증가됨에 따라 도 3b에 도시한 바와 같이 제1 케이스(17)과 무선전력수신기(20) 사이의 온도(T2)가 감소하여 점선 그래프를 따라가는 온도 기울기를 가질 수 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 종래의 경우, 제1 케이스에서 열 방출이 용이하지 않아 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열로 인해, 무선전력송신모듈(11)에서 온도(T1)가 가장 높았다.
종래의 경우, 케이스의 상면에 무선전력수신기의 배면이 면접촉되어 안착되므로 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 그대로 무선전력수신기로 전달되므로, 무선전력수신기의 온도(T3)가 무선전력송신모듈(11)의 온도(T1)가 비슷하다. 종래라 함은 무선전력수신기가 상부 케이스의 상면에 면접촉되도록 안착되어 무선충전이 수행되는 것을 의미한다.
실시예의 경우, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열의 대부분이 제1 케이스(17)에 의해 외부로 방출되므로, 무선전력송신모듈(11)의 온도가 종래에 비해 현저히 낮아지게 되어 제1 케이스(17)의 온도(T2) 또한 종래에 비해 현저히 낮아질 수 있다. 아울러, 실시예의 경우, 제1 케이스(17) 상에 다수의 돌기(105)가 배치되어, 이러한 돌기(105)에 의해 제1 케이스(17)와 무선전력수신기(20) 사이가 이격될 뿐만 아니라, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 해당 돌기(105)를 통해서만 무선전력수신기(20)로 전달되므로, 종래에 비해 무선전력송신기(10)로부터 무선전력수신기(20)로의 열 전달이 현저히 줄어들 수 있다. 필요에 따라, 돌기(105)가 생략될 수도 있다.
이에 따라, 무선전력수신기(20)의 온도(T3)가 종해에 비해 현저하게 낮아질 수 있다. 무선전력수신기(20)의 온도(T3)가 낮아지게 되어 더 이상 종래와 같이 mitigation point가 발생되지 않아 연속적인 충전이 지속되므로 충전효율이 향상되고 충전시간이 단축될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 제1 케이스(17)에서 제1 부재(101)는 수지재로 형성되고, 제2 부재(103)는 제1 부재(101)의 가장자리 영역에 배치되고 금속 재질로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 케이스(17) 구조에서는 표 1에 나타내어진 바와 같이, 제1 케이스(17)의 수평방향에 따라 대부분의 열이 전도되므로, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 제1 부재(101)에서 제1 부재(101)의 가장자리 영역에 배치된 제2 부재(103)로 전달되고, 제2 부재(103)로 전달된 열이 외부로 신속히 방출될 수 있다. 따라서, 제1 실시예에 따른 제1 케이스(17)의 구조에 의해 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 무선전력수신기(20)로 전달되는 대신 제1 케이스(17)의 제2 부재(103)로 전달되어 외부로 신속히 방출됨으로써, 무선전력수신기(20)의 온도 상승을 방지하여 충전효율을 향상시키고 충전시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 이상의 리세스(107) 형상과 달리, 실시예에 따른 제1 부재(101)의 제1 부재(101)의 가장자리 둘레를 따라 일정 간격으로 이격된 다수의 홈패턴(200)이 구비될 수 있다. 이와 같이 이격된 각 홈패턴(200)에 제2 부재(103)가 삽입될 수 있다. 따라서, 제2 부재(103) 또한 다수의 홈패턴(200)만큼 구비될 수 있다. 홈패턴(200)의 형상은 예컨대, 라운드된 사각 형상을 포함하여 다양하게 변형될 수 있다.
이와 같이 홈패턴(200)마다 제2 부재(103)가 배치됨으로써, 제2 부재(103)가 보다 더 안정되고 강하게 제1 부재(101)에 부착될 수 있어 제2 부재(103)가 제1 부재(101)로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
예컨대, 홈패턴(200)의 사이즈는 홈패턴(200) 사이의 간격보다 클 수 있다. 이와 같이, 가능한 홈패턴 사이의 간격을 최소화하여 제1 부재(101)의 제2 영역(R2)의 보다 많은 면적에 제2 부재(103)가 점유되도록 함으로써, 제2 부재(103)에 의한 열 방출 성능이 향상될 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 부재(103)는 수직방향을 따라 무선전력송신모듈(11)의 송신코일(16)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 이를 위해, 제2 부재(103)의 내측 직경은 송신코일(16)의 외측 직경보다 크도록 배치될 수 있다. 즉, 위에서 보았을 때, 송신코일(16)이 제2 부재(103)의 내측에 위치되도록 배치될 수 있다.
예컨대, 제2 부재(103)의 내측영역은 송신코일(16)의 외측영역과 일치할 수 있다. 또는 제2 부재(103)의 내측영역은 제1 케이스(17)의 중심으로부터 외측방향으로 따라 송신코일(16)의 외측영역으로부터 이격될 수 있다.
이와 같이, 제2 부재(103)의 내측영역이 송신코일(16)의 외측영역으로부터 이격되도록 함으로써, 제2 부재(103)가 송신코일(16)에서 발생되는 자기장으로부터의 영향을 받지 않도록 하여 자기장에 의한 제2 부재(103)의 온도가 증가되지 않도록 할 수 있다.
한편, 제1 부재(101)의 제1 영역(R1) 상에 다수의 돌기(105)가 배치될 수 있다.
돌기(105)는 상부로부터 라운드진 형상, 즉 엠보싱(embossing) 형상을 가질 수 있다. 즉, 돌기(105)는 반구 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
돌기(105)는 제1 부재(101)의 재질과 동일하거나 상이할 수 있다. 예컨대, 돌기(105)는 우레탄이나 실리콘과 같은 수지재로 형성될 수 있다. 예컨대, 돌기(105)는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
돌기(105)가 우레탄이나 실리콘과 같은 수지재로 형성되는 경우, 돌기(105)가 미끄럼 방지 기능을 가질 수 있어, 돌기(105) 상에 안착된 무선전력수신기(20)가 미끄러지지 않을 수 있다.
돌기(105)가 플라스틱 재질로 형성되는 경우, 그 플라스틱 재질로 이루어진 제1 막(film) 상에 미끄럼 방지 특성이 있는 재질로 형성된 제2 막이 형성될 수 있다. 제2 막은 제1 막 상에 코팅될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
돌기(105)는 제1 부재(101)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 돌기(105)는 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)으로부터 상부 방향으로 연장될 수 있다.
돌기(105)의 하면으로부터 돌기(105)의 상측 피크까지의 높이는 대략 0.5mm 내지 대략 1.3mm일 수 있다. 돌기(105)의 하면으로부터 돌기(105)의 상측 피크까지의 높이는 돌기(105)의 두께와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
돌기(105)의 하면으로부터 돌기(105)의 상측 피크까지의 높이가 0.5mm 이하인 경우, 제1 부재(101)의 평탄도의 변형 등으로 인해 돌기(105) 상에 안착된 무선전력수신기(20)의 배면이 제1 부재(101)의 상면과 접촉되어 종래와 같이 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 그대로 무선전력수신기(20)로 전달될 수 있다.
돌기(105)의 하면으로부터 돌기(105)의 상측 피크까지의 높이가 1.3mm 이상인 경우, 무선전력송신기(10)의 송신코일(16)과 무선전력수신기(20)의 수신코일 사이의 간격이 커지게 되어, 무선전력송신기(10)의 송신코일(16)과 무선전력수신기(20)의 수신코일 간의 공진 효율이 떨어지게 되어 궁극적으로 충전효율이 낮아질 수 있다.
한편, 돌기(105)는 제1 부재(101)와 독립적으로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 돌기(105)는 접착제를 이용하여 제1 부재(101) 상에 부착될 수 있다. 이때, 돌기(105)에 대응되는 제1 부재(101)의 제1 영역(R1)에는 홈패턴이 형성될 수 있다. 홈패턴은 돌기(105)의 하면의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우, 돌기(105)는 홈패턴에 삽입된 후 접착에 의해 제1 부재(101)의 홈패턴에 부착될 수 있다. 이와 같이 돌기(105)가 홈패턴에 삽입되는 경우, 돌기(105)의 상측은 제1 부재(101)의 상면으로부터 상부 방향으로 돌출될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 케이스(17)의 제1 부재(101) 상에 다수의 돌기(105)가 배치되고, 라운드형상을 갖는 돌기(105)의 상측에 피크가 위치되어 그 피크에 국부적으로 무선전력수신기(20)가 접촉되므로, 무선전력수신기(20)와 제1 케이스(17)의 접촉면적을 최소화하여 열저항을 극대화하여 무선전력송신기(10)의 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 무선전력수신기(20)로 전달되지 않도록 할 수 있다.
무선전력수신기(20)와 무선전력송신기(10)의 제1 케이스(17) 사이의 열저항은 수학식 9를 만족할 수 있다.
[수학식 9]
Rtotal=Rconv1+Rcond+Rconv2
Rtotal은 열저항의 총합이고, Rconv1은 무선전력송신모듈(11)와 제1 케이스(17) 사이의 대류 열저항이고, Rcond은 제1 케이스(17)의 전도 열저항이며, Rconv2은 제1 케이스(17)와 무선전력수신기(20) 사이의 대류 열저항일 수 있다.
제1 케이스(17)의 제1 및 제2 부재(103) 각각의 재질 변경, 제1 및 제2 부재(103)의 우수한 전도율 그리고 제1 부재(101) 상에 배치되는 다수의 돌기(105)에 의해 무선전력송신모듈(11)와 제1 케이스(17) 사이의 대류 열저항(Rtotal), 제1 케이스(17)의 전도 열저항(Rcond) 및 제1 케이스(17)와 무선전력수신기(20) 사이의 대류 열저항(Rconv2)이 종래에 비해 증가되어, 열저항의 총합(Rtotal)이 커질 수 있다. 이와 같이 커진 열저항의 총합(Rtotal)에 의해 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열이 무선전력수신기(20)로 전달되지 않게 되어 무선전력수신기(20)의 온도의 증가가 억제되어 충전효율이 향상되고 충전시간이 단축될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 종래에 비해 실시예에 따른 제1 케이스(17) 구조에서 온도가 줄어듦을 확인할 수 있다.
도 8은 제2실시예에 따른 무선전력송신기를 도시한 평면도 및 단면도이다.
제2 실시예는 요철패턴(109, 111)을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 형상 및 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다. 이하의 설명에서 누락된 설명은 제1 실시예에 대한 설명(도 1 내지 도 5)으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 케이스(17)는 제1 부재(101) 및 제2 부재(103)를 포함할 수 있다. 제1 부재(101)는 제1 영역(R1)과 제1 영역(R1)을 둘러싸는 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제2 영역(R2)의 상측에 리세스(107)가 형성될 수 있다.
리세스(107)의 내면에는 요철패턴(109)가 형성될 수 있다. 즉, 리세스(107)의 바닥면 및/또는 측면에 요철패턴(109)이 형성될 수 있다. 요철패턴은 피크(peak)와 밸리(valley)가 교대로 배열된 구조를 가질 수 있다. 요철패턴은 위에서 보았을 때 원형, 사각형, 타원형 등을 가질 수 있다. 요철패턴은 측방향에서 보았을 때, 삼각형, 사각형, 반구형 등을 가질 수 있다.
리세스(107)에 제2 부재(103)가 배치될 수 있다. 제2 부재(103)는 리세스(107)의 요철패턴(109)에 대응되는 형상을 갖는 요철패턴(111)을 가질 수 있다. 예컨대, 리세스(107)의 요철패턴(109)이 삼각형으로 형성되는 경우, 제2 부재(103)의 요철패턴(111) 또한 삼각형으로 형성될 수 있다.
리세스(107)의 요철패턴(109)과 제2 부재(103)의 요철패턴(111)은 서로 맞물림으로 접촉될 수 있다. 즉, 제2 부재(103)의 요철패턴(111)은 리세스(107)의 요철패턴9109)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 제2 부재(103)의 요철패턴(111)은 접착제나 열 압착을 이용하여 리세스(107)의 요철패턴(109)에 부착될 수 있다.
이와 같이, 리세스(107)의 내면 및 리세스(107)에 부착되는 제2 부재(103)의 외면 모두 요철패턴(109, 111)이 형성되고 각 요철패턴(109, 111)이 맞물림으로 부착됨으로써, 제2 부재(103)와 제1 부재(101)의 리세스(107) 사이의 접촉 면적이 확장될 수 있다. 즉, 제2 부재(103)의 요철패턴(111)은 리세스(107)의 요철패턴9109)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 무선전력송신모듈(11)에서 발생된 열의 유효 열전도율이 제1 케이스(17)의 두께방향보다 수평방향으로 더 증가될 수 있어, 무선전력송신모듈(11)의 열이 무선전력수신기(20)보다 제1 케이스(17)의 제2 부재(103)를 통해 외부로 신속히 방출되므로, 충전효율이 향상되고 충전시간이 단축될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 제1 실시예와 달리, 무선전력송신기는 형상이나 구조가 변형 가능하다.
도 9는 제2 실시예에 따른 무선충전장치의 분해사시도이다.
도 9에 도 2에 도시된 제1 케이스(17) 및 제2 케이스(19)가 도시되지 않고 있지만, 도 9에 의한 제2 실시예에 따른 무선전력송신기 또한 하부 케이스와 상부 케이스가 결합되고, 하부 케이스와 상부 케이스에 하기에서 설명될 다양한 구성 요소가 설치될 수 있다. 이러한 경우, 상부 케이스의 구조는 도 2에 도시된 구조를 그대로 채용할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 브라켓(800, 1100)이나 기판(400, 1000)이 사각 형상을 가지므로, 이들을 수용할 수 있도록 하부 케이스 및/또는 상부 케이스 또한 사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 무선충전장치는 제1 기판(400)을 포함할 수 있다. 제1 기판(400)은 무선 충전 코일 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1 기판(400)은 리지드할 수 있다. 리지드한 제1 기판(400)은 상면에 배치되는 무선 통신 코일(500)을 지지할 수 있다. 무선 통신 코일(500)은 제1 기판(400)에 패턴 인쇄되어 형성될 수 있다. 제1 기판(400)은 일측에 배치되는 제1 지지부(410)와 타측에 배치되는 제2 지지부(420)를 포함할 수 있다. 제1 기판(400)의 제1 지지부(410)는 제1 브라켓(800)의 제1 지지부(810)에 고정될 수 있다. 제1 기판(400)의 제2 지지부(420)는 제1 브라켓(800)의 제2 지지부(820)에 고정될 수 있다. 즉, 체결부재(111을 이용하여 제1 기판(400)이 제1 브라켓(800)에 고정될 수 있다.
제1 기판(400)은 제1 커넥터(430)을 포함할 수 있다. 제1 커넥터(430)는 제1 기판(400)의 일측에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 커넥터(430)는 제1 기판(400)의 제1 지지부(410)에 대응하여 배치될 수 있다. 제1 커넥터(430)는 하나 이상의 제1 연결핀(P)을 포함할 수 있다. 제1 기판(400) 상면에 배치된 무선 통신 코일(500)은 하나 이상의 비아홀, 하나 이상의 연결 패턴, 하나 이상의 외측 패드를 통하여 제1 커넥터(430)의 하나 이상의 제1 연결핀(P)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 커넥터(430)은 핀서포트를 포함할 수 있다. 제1 기판(400)의 면적은 상부에 배치되는 무선 통신 코일(500), 하부에 배치되는 무선 충전 코일 모듈(610 내지 630), 차폐재(700)의 면적 보다 클 수 있다.
제2 실시예에 따른 무선충전장치는 무선 통신 코일(500)을 포함할 수 있다. 무선 통신 코일(500)은 기판(400)의 상면에 배치될 수 있다. 무선 통신 코일(500)은 배치된 무선 통신 코일 패턴일 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 통신 코일(500)은 기판(400)의 상면에 배치되는 무선 통신 코일 패턴과 기판(400)의 하면에 배치되는 무선 통신 코일 연결 패턴을 포함할 수 있다. 즉, 무선 통신 코일 패턴과 무선 통신 코일 연결 패턴이 하나로 연결되어 무선 통신 코일(500)이 될 수 있다. 즉, 무선 통신 코일(500)은 무선 통신 코일 패턴과 무선 통신 코일 연결패턴이 전기적으로 연결되어 일단에서 타단까지 1회 이상 턴하여 배치될 수 있다.
제2 실시예에 따른 무선충전장치는 무선 충전 코일 모듈을 포함할 수 있다. 무선 충전 코일 모듈은 제1 기판(400)의 하부에 배치될 수 있다. 무선 충전 코일 모듈은 하나 이상의 무선 충전 코일을 포함할 수 있다. 하나 이상의 무선 충전 코일은 무선 전력 송신기의 하나 이상의 송신 코일이거나 무선 전력 수신기의 하나 이상의 수신 코일일 수 있다. 또한, 예를 들어, 무선 충전 코일이 복수일 경우, 각각의 무선 충전 코일은 동일한 턴 수로 감겨있을 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 턴 수로 감겨 있을 수 있다. 또한, 복수의 무선 충전 코일은 동일한 인덕턴스를 구비할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 인덕턴스를 구비할 수 있다. 또한, 복수의 무선 충전 코일은 하나 이상의 층으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 무선 충전 코일은 제1 무선 충전 코일 내지 제3 무선 충전 코일(610 내지 630)을 포함할 수 있다. 제2 무선 충전 코일(620)과 제3 무선 충전 코일(630)은 동일한 층에 배치된 제1 층에 배치될 수 있다. 제1 무선 충전 코일(610)은 제2 무선 충전 코일(620)과 제3 무선 충전 코일(630)의 상부에 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 무선 충전 코일을 서로 다른 층에 배치하여 무선 전력을 효율적으로 전달할 수 있도록 충전영역을 확장시킬 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 무선충전장치는 차폐재(700)를 포함할 수 있다. 차폐재(700)는 무선 충전 코일 모듈 하면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 코일이 복수일 경우, 차폐재(700)는 제2 무선 충전 코일(620)과 제3 무선 충전 코일(630)의 하면에 배치될 수 있다. 차폐재(700)의 상면과 제2 무선 충전 코일(620)과 제3 무선 충전 코일(630)의 하면 사이에는 접착제 또는 접착부재(미도시)가 배치되어 차폐재(미도시)와 제2 및 제3 무선 충전 코일(620, 630)이 고정될 수 있다. 또한, 차폐재(700)는 제1 브라켓(800)의 상면에 배치될 수 있다. 차폐재(700)는 상부에 배치된 무선 충전 코일 모듈에서 발생된 무선 전력을 충전 방향으로 가이드 할 수 있고, 하부에 배치되는 각종 회로들을 전자기장으로부터 보호할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 무선충전장치는 제1 브라켓(800)을 포함할 수 있다. 제1 브라켓(800)은 차폐재(700) 하면에 배치될 수 있다. 제1 브라켓(800)은 도전성 재질일 수 있다. 또한, 제1 브라켓(800)은 열전도도가 우수한 재질일 수 있다. 이에, 제1 브라켓(800)은 무선 충전 코일 모듈에서 발생된 열을 전달할 수 있다. 제1 브라켓(800)은 일측에 제1 지지부(810)를 포함하고, 타측에 제2 지지부(820)를 포함할 수 있다. 체결부재(1311)가 홀(h5)을 관통하여 제1 브라켓(800)이 제1 기판(400)에 고정될 수 있다.
홀(h6)은 제1 브라켓(800), 제3 기판(1000), 제2 브라켓(1100)을 고정하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 홀(h6)은 제1 브라켓(800)을 제2 브라켓(1100)과 접지시키는데 이용될 수 있다. 따라서, 제2 실시에에 따른 무선충전장치는 제1 브라켓(800)이 무선 충전 코일 모듈에서 흡수한 열을 제2 브라켓(1100)으로 효율적으로 전달할 수 있다.
또한, 제1 브라켓(800)은 일측과 타측 사이에 제2 커넥터부(860)가 배치될 수 있다. 제2 커넥터부(860)에는 제2 커넥터(900)가 배치될 수 있다. 제2 커넥터부(860)는 제2 커넥터(900)의 제2 기판(910)과 대응한 형상일 수 있다. 예를 들어 제2 커넥터부(860)는 제2 커넥터(900)를 설치될 수 있는 공간을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 브라켓(800)은 복수의 고정부를 포함할 수 있다. 복수의 고정부는 제1 브라켓(800)과 제3 기판(1000)을 고정시킬 수 있다. 또한, 복수의 고정부는 제3 기판(1000)에서 발생하는 EMI를 차폐할 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 고정부는 제1 내지 제3 고정부(830 내지 850)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 고정부(830 내지 850)은 제3 기판(1000)의 구성에서 EMI가 발생하는 전자 부품에 대응하여 배치될 수 있다. 이에, 무선충전장치는 내부에서 발생된 EMI가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 제1 고정부(830)는 제1 브라켓(800)의 제1 지지부(810)의 일측과 제2 지지부(820)의 일측 사이에 배치될 수 있다. 제1 고정부(830)는 제3 기판(1000)의 고정홀(1020)을 관통하여 결합된다. 제2 고정부(840)는 제1 브라켓(800)의 제1 지지부(810)의 타측에 이웃하여 배치될 수 있다. 제2 고정부(840) 는 제3 기판(1000)과 제1 브라켓(800)이 서로 이격될 수 있도록 한다. 이에, 제3 기판(1000)의 상면에 배치된 전자부품을 배치할 수 있다. 제2 고정부(840) 는 제3 기판(1000)의 고정홀(1020)을 관통하여 결합된다. 제3 고정부(850)는 제1 브라켓(800)의 제2 지지부(820)의 타측에 이웃하여 배치될 수 있다. 제3 고정부(850) 는 제3 기판(1000)과 제1 브라켓(800)이 서로 이격될 수 있도록 한다. 이에, 제3 기판(1000)의 상면에 배치된 전자부품을 배치할 수 있다. 제3 고정부(850) 는 제3 기판(1000)의 고정홀(1020)을 관통하여 결합된다.
제2 실시예에 따른 무선충전장치는 제2 커넥터(900)를 포함할 수 있다. 제2 커넥터(900)는 제2 기판(910)과 제2 연결핀(920)을 포함할 수 있다. 제2 기판(920)은 차폐재(700) 하단에 배치되고, 제1 브라켓(800)과 동일한 층에 배치될 수 있다. 제2 기판(910)은 리지드할 수 있다. 리지드한 기판(910)은 제2 연결핀(920)을 외부장치와 연결할 때 제2 연결핀(920)을 지지할 수 있다. 제2 연결핀(920)은 복수일 수 있다. 제2 연결핀(920)은 각각이 제2 기판(910)을 통과하여 배치될 수 있다. 제2 연결핀(920)은 무선 충전 코일 모듈의 무선 충전 코일과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 연결핀(920)은 온도 센서(미도시)가 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 실시예에 따른 무선충전장치는 제3 기판(1000)을 포함할 수 있다. 제3 기판(1000)은 제2 브라켓(1100) 상에 배치될 수 있다. 제3 기판(1000)은 상면 및 하면에 무선 충전 또는 무선 통신을 하기 위한 전자부품(미도시)이 배치될 수 있다. 또한, 제3 기판(1000)은 리지드할 수 있다. 또한, 제3 기판(1000)은 제2 브라켓(1100)의 제1 지지부(1110)와 제2 지지부(1120)에 고정될 수 있다.
또한 제3 기판(1000)의 고정홀(1020)을 통해 제1 브라켓(800)의 고정부(830 내지 850)가 삽입될 수 있다. 또한, 제3 기판(1000)은 하나 이상의 제1 연결핀홀(PH)을 포함할 수 있다. 제1 연결핀홀(PH)은 제1 커넥터(430)의 제1 연결핀(P)에 대응하여 배치될 수 있다. 하나 이상의 제1 연결핀홀(PH)은 하나 이상의 제1 연결핀(P) 각각이 대응하여 관통될 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 무선충전장치는 제2 브라켓(1100)을 포함할 수 있다. 제2 브라켓(1100)은 도전성 재질일 수 있다. 또한, 제2 브라켓(1000)은 열전도도가 우수한 재질일 수 있다. 제2 브라켓(1100)의 제1 지지부(1110)은 체결부재(1321)가 홀(h19)을 관통하여 제3 기판(1000) 및 제1 브라켓(800)의 제1 지지부(810)과 고정될 수 있다. 또한, 제2 브라켓(1100)의 제1 지지부(1110)은 체결부재(1321)를 통해 제1 브라켓(800)의 제1 지지부(810)와 접지될 수 있다. 이에, 제2 실시예에 따른 무선충전장치는 제2 브라켓(1100)이 제1 브라켓(800)으로부터 열을 전달받아 외부로 열을 방출할 수 있다. 또한, 제2 브라켓(1100)은 제1 차폐부(1130)과 제2 차폐부(1140)를 포함할 수 있다. 제1 차폐부(1130)와 제2 차폐부(1140)는 제3 기판(1000)에 배치된 전자부품에서 발생되는 EMI를 외부로 방출하지 않도록 차폐할 수 있다. 제1 차폐부(1130) 은 제3 기판(1000)의 전자부품(미도시)에서 발생되는 EMI를 차폐할 수 있다. 제1 차폐부(1130)의 높이는 제3 기판(1000)의 하측보다 낮을 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 차폐부(1130)의 높이는 제3 기판(1000)의 배치된 높이보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 제1 차폐부(1130)와 제2 차폐부(1140)의 폭은 제3 기판(1000)에 배치된 전자부품(미도시)에 대응하여 설정된 폭일 수 있다. 예를 들어, 제1 차폐부(1130)의 폭이 제2 차폐부(1140)의 폭보다 작을 수 있다. 이에 제한 되는 것은 아니고 제2 차폐부(1130)의 폭이 제2 차폐부(1140)의 폭과 같거나 보다 클 수 있다.
따라서, 제2 실시예는 무선 통신 코일과 무선 충전 코일 모듈이 일체화 되어 소형화될 수 있다. 또한, ㅈ[2 실시예는 구조가 단순하고, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용이 작을 수 있다. 또한, 제2 실시예는 무선 충전 코일 모듈에서 발생된 열을 효율적으로 확산시키며 방열 효과가 우수하다. 또한, 제2 실시예는 복수의 EMI 차폐부를 이용하여 EMI 차단이 우수하며, EMI로부터 전자부품 손상을 방지할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
10: 무선전력송신기
11: 무선전력송신모듈
12: 인쇄회로기판
14: 코어시트
16: 송신코일
17: 제1 케이스
19: 제2 케이스
20: 무선전력수신기
101: 제1 부재
103: 제2 부재
105: 돌기
107: 리세스

Claims (18)

  1. 제1 부재 및 제2 부재를 포함하는 제1 케이스; 및
    무선충전 코일이 배치되는 제2 케이스를 포함하고,
    상기 제1 부재는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 부재는 금속재질을 포함하고, 상기 제1 부재의 제2 영역 상에 배치되며,
    상기 제2 영역의 두께는 상기 제1 영역의 두께보다 작은 무선충전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역의 상면에 배치되는 제1 요철패턴; 및
    상기 제2 부재의 하면에 배치되는 제2 요철패턴을 더 포함하는 무선충전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 요철패턴에 상기 제2 부재의 상기 제2 요철패턴이 맞물림으로 접촉되는 무선충전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은 폐루프 구조 또는 다수의 홈패턴을 갖는 무선충전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재의 두께는 상기 제1영역의 두께와 제2영역의 두께의 차이와 동일하거나 큰 무선충전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역의 두께와 제2영역의 두께의 차이는 상기 제2 영역의 두께와 동일하거나 큰 무선충전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는 수지재를 포함하는 무선충전기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재의 전도율은 상기 제1 부재의 전도율 대비 1:68 내지 1:357인 무선충전기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재의 두께는 상기 제1 부재의 상기 제2 영역의 두께 대비 1:1 내지 1:3인 무선충전기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재의 상기 제1 영역 상에 배치되는 적어도 3개 이상의 돌기를 더 포함하는 무선충전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌기는 엠보싱 형상을 갖는 무선충전기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 제1 부재와 상이한 재질을 포함하는 무선충전기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 부재의 상기 제1 영역은 적어도 3개 이상의 홈패턴을 포함하고,
    상기 적어도 3개 이상의 돌기는 상기 적어도 3개 이상의 홈패턴에 배치되는 무선충전기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 돌기의 상측은 라운드형상을 갖는 무선충전기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 돌기의 높이는 0.5mm 내지 1.3mm인 무선충전기.
  16. 무선전력수신기로 무선으로 전력을 송출하는 무선전력송신기에 있어서,
    상기 전력을 수신하기 위해 상기 무선전력수신기가 안착되기 위한 제1 케이스;
    상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스; 및
    상기 제2 케이스 상에 배치되는 송신코일을 포함하는 무선전력송신모듈을 포함하고,
    상기 제1 케이스는,
    제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 제1 부재; 및
    상기 제1 부재의 제2 영역 상에 배치되는 제2 부재를 포함하고,
    상기 제2 부재의 전도율은 제1 부재의 전도율 대비 1: 68 내지 1:357인 무선전력송신기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 송신코일은 상기 제1 부재의 제1 영역과 오버랩되고,
    상기 제2 부재의 내측 직경은 상기 송신코일의 외측 직경보다 큰 무선전력송신기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 부재는 상기 송신코일과 수직방향으로 오버랩 되지 않는 무선전력송신기.
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