KR20190136303A

KR20190136303A - 발열 성능이 개선된 무선 전력 송신 장치

Info

Publication number: KR20190136303A
Application number: KR1020180061830A
Authority: KR
Inventors: 김철호; 박신호; 고범갑
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-10
Also published as: WO2019231223A1

Abstract

실시예는 코일 안착부와 절개홈을 갖는 메인 프레임; 상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 상부 케이스; 상기 메인 프레임의 하부에 배치되는 PCB 기판; 및 상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되며, 상기 절개홈을 통해 상기 코일 안착부에 안착되는 코일부; 를 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.

Description

발열 성능이 개선된 무선 전력 송신 장치{Mobile Terminal Wireless Charger}

본 발명은 충전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열 성능이 개선된 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.

휴대전화, PDA(Personal Digital Assistants), 스마트폰 등과 같은 이동 단말기는 배터리로 구동되며, 충전이 가능한 배터리가 탑재된다. 이동 단말기의 배터리를 충전하기 위해서는 이동 단말기와 별도로 마련된 충전기가 필요하다.

통상적인 충전기는 유선 충전기로서, 충전기와 이동 단말기에는 두 기기를 연결하기 위한 접촉 단자가 구비된다. 충전기와 이동 단말기는 접촉 단자들을 통해 유선(예컨대 케이블)으로 상호 연결되며, 충전기로부터 이동 단말기의 배터리에 전기를 공급하는 방식으로 충전이 이루어진다.

최근에는 이동 단말기 등에 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 충전기(Wireless Charger)가 개발되어 사용이 점점 증가하고 있다. 무선 충전기와 이동 단말기는 상호 연결을 위한 접촉 단자를 구성하지 않아도 되며, 서로 일정 거리에 위치한 상태에서 충전이 이루어질 수 있다.

무선 충전기의 충전 방식은 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 단파장 무선 전력 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면, 자속(Magnetic Flux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 이용한다. 즉, 자기 유도 방식은 송신 코일에 전류를 인가할 경우, 인가된 전류와 같은 주파수로 발생하는 비 방사형 전자기파에 의해 수신 코일에 동일한 주파수로 유도전류가 발생하게 되면서 충전이 이루어진다.

자기유도 방식은 WPC(Wireless Power Consortium)의 Qi 규정에 따라 모바일 기기, 즉 이동 단말기의 무선 충전 기술로서 상용화 되었으며, 교통카드, RFID, NFC 시스템 등으로 적용범위가 늘고 있다.

이러한 자기 유도 방식은 구현이 쉽고 비교적 자성체가 아닌 물질에 대한 투과력이 매우 우수하여 지중 또는 수중에서도 활용 가능한 장점이 있지만, 전송 거리가 매우 짧고 코일 간의 정렬시 자유도가 낮은 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 있지만, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

단파장 무선 전력 전송 방식은 에너지가 라디오 파(Radio Wave) 형태로 직접 송수신될 수 있는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자인 렉테나{Rectenna, 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어인}를 이용하므로 RF 방식으로도 불린다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

한편, 상술한 무전 충전 방식들을 적용한 무선 충전기는 충전이 이루어지는 동안, 코일 및 내부 소자에서 열이 발생하면서 무선 충전기의 온도를 상승시키게 된다.

그런데 무선 충전기 측의 발열은 이동 단말기의 온도 상승에 영향을 주게 되며, 이는 이동 단말기의 충전 속도를 저하시키거나 충전을 중지시킬 수 있다.

따라서 실시예는 발열 성능을 개선하여 빠르고 안정적인 무선 충전을 제공할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공하고자 한다.

상기 메인 프레임의 하부에 구비되어 상기 PCB 기판을 이격시키는 다수의 이격돌기를 포함할 수 있다.

상기 메인 프레임에 관통 형성되는 적어도 하나의 공기 통과홀을 더 포함할 수 있다.

상기 코일부와 인접하도록 상기 메인 프레임과 상기 상부 케이스 사이에 배치되며, 상기 상부 케이스와의 사이에 방열공간을 갖는 방열판;을 더 포함할 수 있다.

상기 방열판은 상기 상부 케이스로부터 이격되어 외부로 노출되는 노출부; 상기 코일부가 삽입되는 코일 통과홀을 갖는 바닥부; 및 상기 바닥부와 상기 노출부를 연장하는 경사부를 포함할 수 있다.

상기 경사부는 상기 바닥부에 대해 경사지도록 연장되고, 상기 노출부는 상기 경사부로부터 연장될 수 있다.

상기 바닥부에는 공기 통과홀이 형성될 수 있다.

상기 메인 프레임의 하부에 배치되며 적어도 하나의 공기 유입홀이 형성된 하부 케이스를 더 포함할 수 있다.

또한, 실시예는 코일 안착부를 갖는 메인 프레임; 상기 코일 안착부에 안착되는 코일부; 상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 상부 케이스; 및 상기 코일부와 인접하도록 상기 메인 프레임과 상기 상부 케이스 사이에 배치되며, 상기 상부 케이스로부터 이격되어 외부로 노출되는 노출부를 갖는 방열판;을 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.

상기 메인 프레임의 아래에 배치되며 상기 코일부와 연결되는 PCB 기판을 더 포함할 수 있다.

상기 메인 프레임의 상부에는 상기 코일 안착부가 위치하고, 상기 메인 프레임의 일측에는 상기 PCB 기판에 연결된 상기 코일부가 상기 코일 안착부로 설치되도록 하는 절개홈이 형성될 수 있다.

상기 메인 프레임은 상기 코일 안착부의 외측에서 상기 코일부를 고정 지지하는 다수의 지지돌기를 더 포함할 수 있다.

상기 방열판은 상기 코일부가 삽입되는 코일 통과홀을 갖는 바닥부; 및 상기 바닥부와 상기 노출부를 연장하는 경사부를 더 포함할 수 있다.

상기 경사부는 상기 바닥부에 대해 경사지도록 연장되고, 상기 노출부는 상기 경사부로부터 경사지게 연장될 수 있다.

상기 바닥부에는 상기 메인 프레임의 공기 통과홀과 연통될 수 있다.

상기 상부 케이스는, 외부로 노출되는 충전 패드; 및 상기 충전 패드를 지지하며 상기 메인 프레임으로부터 상기 방열판과 이격되는 테두리 커버를 포함할 수 있다.

상기 방열판을 상기 메인 프레임에 부착시키는 접착 테이프를 더 포함할 수 있다.

상기 접착 테이프는 중공홀을 갖는 링 형상을 가지며, 일측이 개구부를 갖도록 절개될 수 있다.

또한, 실시예는 코일 안착부와 절개홈과 이격돌기를 갖는 메인 프레임; 상기 메인 프레임의 아래에 배치되는 PCB 기판; 상기 PCB 기판에 연결되면서 상기 절개홈을 통해 상기 코일 안착부에 안착되는 코일부; 충전 패드를 가지며 상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 상부 케이스; 및 상기 코일부와 인접하는 바닥부와, 상기 바닥부에서 연장되는 경사부와, 상기 경사부에서 연장되며 상기 상부 케이스로부터 이격되어 외부로 노출되는 노출부를 가지며, 상기 메인 프레임과 상기 상부 케이스 사이에 배치되는 방열판;을 포함할 수 있다.

상기 메인 프레임과 상기 방열판 중 적어도 어느 하나에 관통 형성되는 적어도 하나의 공기 통과홀을 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 실시예의 무선 전력 송신 장치에 따르면, 메인 프레임을 통해 코일부를 PCB 기판과 이격시키고, 방열판을 통해 방열 면적을 넓힘으로써 방열 효과를 증대하여 무선 충전 속도를 빠르게 개선할 수 있으며, 방열팬을 사용하지 않아서 조용하고 쾌적하며 안정적인 충전 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 무선 충전기에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 주요부에 대한 부분 결합 사시도이다.
도 5는 도 4의 방열판에 대한 확대도이다.
도 6은 도 4의 방열판의 평면도이다.
도 7은 도 1의 무선 충전기의 방열에 대한 동작도이다.
도 8은 실시예의 무선 충전기에 대한 충전시 온도 분포를 보여준다.
도 9는 비교예의 무선 충전기에 대한 충전시 온도 분포를 보여준다.
도 10은 실시예의 무선 충전기의 충전 시간과 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 비교예의 무선 충전기의 충전 시간과 온도 변화를 보여주는 그래프이다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템 상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 충전기, 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 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 이동 단말기, 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 발명에서 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다.

무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.

여기서, 무선 파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 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 파워를 수신할 수도 있다.

여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) Qi 표준 및 PMA(Power Matters Alliance) 표준에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

본 실시예에서 무선 전력 수신 수단을 갖는 무선 전력 수신 장치로서 이동 단말기는 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, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 전자 기기 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 즉, 이동 단말기는 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기를 모두 포함할 수 있다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 대한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예의 무선 전력 송신 장치(1)는 무선 충전이 가능한 이동 단말기(M, 예를 들어 스마트폰)의 배터리를 무선으로 충전할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치(1)와 이동 단말기(M)는 각각 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기를 포함하여 무선 충전 시스템을 구성할 수 있다.

이동 단말기(M)와 무선 전력 송신 장치(1)는 일정한 거리에 위치하면 충전 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신 장치(1)는 상부 케이스(600) 상에 충전 패드(620)를 가지며, 충전 패드(620) 위에 이동 단말기(M)가 접촉되도록 놓아지거나 서로 일정 거리만큼 인접해 있는 경우에 충전 동작이 이루어질 수 있다. 그리고 무선 전력 송신 장치(1)는 하나의 이동 단말기(M) 뿐만 아니라 동시에 여러 전자 기기를 충전할 수도 있다.

이와 같이 무선 전력 송신 장치(1)는 이동 단말기(M)의 배터리를 충전할 수 있다.

여기서, 실시예의 무선 전력 송신 장치(1)는 전자기 유도 현상을 이용한 전자기 유도 방식과 특정 주파수에 전력을 실어 보내는 자기 공명 방식 중 하나 이상의 기술을 이용할 수 있다.

실시예는 이동 단말기(M)의 배터리를 무선 충전하는 동안 발생하는 무선 전력 송신 장치(1)의 발열을 효율적으로 개선하여 충전 속도를 빠르게 개선하고 안정적이고 쾌적한 충전 환경을 제공할 수 있다.

이하, 실시예의 무선 전력 송신 장치(1)의 세부 구조에 대해서 상술하기로 한다.

도 2는 도 1의 무선 충전기에 대한 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 주요부에 대한 부분 결합 사시도이며, 도 5는 도 4의 방열판에 대한 확대도이고, 도 6은 도 4의 방열판의 평면도이며, 도 7은 도 1의 무선 충전기의 방열에 대한 동작도이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 보다 상세하게는 실시예의 무선 전력 송신 장치(1)는 메인 프레임(100), PCB 기판(200), 코일부(300), 하부 케이스(400), 방열판(500), 상부 케이스(600), 접착 테이프(700) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

메인 프레임(100)은 무선 전력 송신 장치(1)를 구성하는 각종 부품들이 장착될 수 있도록 내부 중심에 배치될 수 있다. 메인 프레임(100)은 플라스틱 재질로 이루어지면서 각종 부품들과 전기적으로 절연될 수 있다. 메인 프레임(100)에는 하부 케이스(400), PCB 기판(200), 방열판(500) 및 상부 케이스(600) 등 부품들과의 결합을 위한 볼트홀(104)이 다수개 형성될 수 있다.

또한, 메인 프레임(100)에는 적어도 하나의 공기 통과홀(103, 106)이 관통 형성될 수 있다. 본 실시예에서 공기 통과홀(103, 106)은 코일 안착부(130)를 중심으로 좌우측 한 쌍씩 총 4개의 슬릿(slit)으로 형성된 것을 도시하였으나 개수와 형상은 변형 실시가능하다. 상술한 메인 프레임(100)의 공기 통과홀(103, 106)들은 방열판(500)의 공기 통과홀(503, 506)들과 각각 연통될 수 있다. 이러한 공기 통과홀(103, 106, 503, 506)들은 코일부(300)의 발열시, 공기의 흐름을 제공하여 코일부(300)의 냉각을 도울 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

메인 프레임(100)의 상부에는 코일 안착부(130)가 마련된다. 코일 안착부(130)에는 코일부(300)가 안착된다. 코일 안착부(130)는 코일부(300)의 형상과 크기를 고려하여 메인 프레임(100)의 일정 영역에서 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 코일 안착부(130)는 원형의 코일부(300)가 안착되도록 메인 프레임(100)의 상부 중심에서 원 형상을 가질 수 있다.

메인 프레임(100)에는 코일 안착부(130)의 외측에서 코일부(300)를 고정 지지하는 다수의 지지돌기(140)가 설치될 수 있다. 지지돌기(140)는 메인 프레임(100)의 상부로 일정 높이만큼 돌출될 수 있다. 예를 들어 지지돌기(140)는 코일부(300)의 높이 만큼 돌출될 수 있다. 다수의 지지돌기(140)는 코일 안착부(130)를 감싸는 형태로 일정 간격 이격 배치되면서 코일부(300)가 코일 안착부(130)에서 이탈되지 않도록 코일부(300)를 고정 지지할 수 있다. 상술한 다수의 지지돌기(140)의 개수, 형상 및 상호 이격된 거리는 코일부(300)의 위치 고정과 발열을 고려하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.

메인 프레임(100)의 일측에는 절개홈(101)이 형성된다. 예를 들어 절개홈(101)은 메인 프레임(100)의 일측 가장자리로부터 코일 안착부(130)까지 함몰된 형태로 위치할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 메인 프레임(100)의 절개홈(101)을 통해 PCB 기판(200)에 연결된 코일부(300)는 메인 프레임(100)의 가장자리로부터 메인 프레임(100)의 상부인 코일 안착부(130)로 이동하면서 위치될 수 있고, PCB 기판(200)은 메인 프레임(100)의 아래에 위치할 수 있다.

메인 프레임(100)의 하부에는 도 3에 도시된 바와 같이 PCB 기판(200)과의 이격을 위해 다수개의 이격돌기(120)가 구비될 수 있다. 예를 들어 이격돌기(120)는 PCB 기판(200)을 균형적으로 지지할 수 있도록 일정한 간격으로 다수개가 배치될 수 있다. 이격돌기(120)는 돌기 형상이거나 바(Bar), 블록(block) 등 다양한 형상, 크기, 높이 등을 가질 수 있다.

상술한 메인 프레임(100)은 코일부(300)와 PCB 기판(200)을 서로 이격/분리시킴으로써 코일부(300)가 발열하더라도 PCB 기판(200)이 원활한 동작을 할 수 있다. 따라서 코일부(300)의 발열에 의해 무선 전력 송신 장치(1)의 충전이 정지되거나 충전 성능이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.

PCB 기판(200)은 무선 전력 충전 장치(1)의 전체적인 동작을 제어하는 제어기(예를 들어, 마이크로 프로세서 등)를 포함하고, 제어기의 제어에 따라 코일부(300)를 통해 전송될 교류 전력 신호를 생성하는 교류 전력기(예를 들어, 인터버 등)를 포함하여 구성될 수 있다.

PCB 기판(200)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 메인 프레임(100)의 아래에 배치되며 코일부(300)와 연결될 수 있다. 코일부(300)는 PCB 기판(200)과 이격 상태로 위치하며, 연결단자(250)를 통해 PCB 기판(200)과 연결될 수 있다. 따라서 전술한 바와 같이 PCB 기판(200)은 메인 프레임(100)의 하부에서 이격된 상태로 위치하고, 코일부(300)는 메인 프레임(100)의 상부에 마련된 코일 안착부(130)에 위치할 수 있다.

이와 같이 PCB 기판(200)과 코일부(300)가 메인 프레임(100)에 의해서 이격되어 분리된 형태를 갖게 되므로 PCB 기판(200)은 코일부(300)가 발열하더라도 보다 안정적으로 구동할 수 있다. 즉, 메인 프레임(100)은 코일부(300)로 발생되는 열이 PCB 기판(200)으로 전달되지 않도록 차단하는 역할을 할 수 있다.

코일부(300)는 전원이 인가되면 전자기장을 발생시키며 무선 전력 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어 코일부(300)는 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되는 복수 개의 평판형 코일과 차폐시트를 포함할 수 있다.

복수 개의 평판형 코일은 TX 코일을 포함할 수 있다. TX 코일은 이동 단말기(M) 측으로 무선 고주파 신호를 송출하고 전력을 전달하는 전력 전송 코일 역할을 하며, 송신 코일로 불릴 수 있다. 참고로 이동 단말기(M)는 TX 코일과 대응되도록 구비되어 전자기 유도 현상에 의해 TX 코일로부터 전력을 수신 받는 RX 코일을 구비한다. RX 코일은 수신 코일로 불릴 수 있다.

이와 같은 평판형 코일들은 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되어 복수의 턴을 가지는 원형, 타원형, 사각형 등의 스파이럴 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 평판형 코일들은 중앙부가 원형, 타원형 또는 사각형의 개구부 등 빈공간을 갖도록 권선될 수 있다.

차폐시트는 일정한 면적을 가지며 평판형 코일을 지지하는 판상의 부재로 이루어질 수 있다. 차폐시트는 메인 프레임(100)의 안착부에 안착되면서 평판형 코일에서 발생되는 무선 고주파 신호에 의해 발생되는 자기장을 차폐하는 역할을 한다.

코일부(300)의 일측에는 평판형 코일의 양 단을 전기적으로 연결하기 위한 연결단자(250)가 구비될 수 있다. 연결단자(250)에 의해 코일부(300)는 PCB 기판(200)과 전기적으로 연결될 수 있고, 차폐시트가 상술한 메인 프레임(100)의 코일 안착부(130)에 배치되며, 코일부(300)와 PCB 기판(200)은 메인 프레임(100)을 사이에 두고 물리적인 이격 구간을 형성할 수 있다.

하부 케이스(400)는 메인 프레임(100)의 하부, 즉 PCB 기판(200)의 아래에 배치될 수 있다. 하부 케이스(400)는 후술할 상부 케이스(600)와 함께 메인 프레임(100), PCB 기판(200) 등을 외부로부터 보호할 수 있다.

하부 케이스(400)는 무선 전력 송신 장치(1)의 외형에 따라 다양한 형상을 가질 수 있으며, 다른 부품들과의 연결을 위한 체결홈 등이 형성되어 볼트(404) 등의 결합부품이 설치될 수 있다.

하부 케이스(400)에는 외부로부터 공기가 유입되도록 하는 적어도 하나의 공기 유입홀(410)이 형성될 수 있다. 예를 들어 공기 유입홀(410)은 장공 형상으로 이루어지며 하부 케이스(400)의 하부 측면 영역에 다수개가 형성될 수 있다. 공기 유입홀(410)의 형상, 크기, 배치 위치들은 다양하게 실시될 수 있다.

하부 케이스(400)의 하면에는 도시하지는 않았지만 책상, 테이블 등 바닥면으로부터 미끄러지 않고 안착되도록 고무 패드 등이 더 부착될 수 있다.

상부 케이스(600)는 메인 프레임(100)의 상부에 배치되어, 하부 케이스(400)와 함께 무선 전력 송신 장치(1)의 하우징을 이룰 수 있다. 상부 케이스(600)의 무선 전력 송신 장치(1)의 외형에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.

예를 들어 상부 케이스(600)는 외부로 노출되는 충전 패드(620)와, 충전 패드(620)를 지지하는 테두리 커버(610)를 포함할 수 있다.

충전 패드(620)에는 충전 대상의 이동 단말기(M)가 놓여질 수 있다. 충전 패드(620)는 테두리 커버(610)의 상면에 부착되면서, 상부 케이스(600)의 전면에 넓게 위치할 수 있다. 충전 패드(620)는 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

테두리 커버(610)는 메인 프레임(100)과 결합되면서, 충전 패드(620)를 전면으로 노출되도록 지지할 수 있다. 테두리 커버(610)에는 메인 프레임(100)과의 결합을 위한 결합후크(605)가 양측에 구비될 수 있다.

테두리 커버(610)는 방열판(500)의 외측면과 이격되도록 방열판(500)의 크기보다 작은 크기를 가질 수 있다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이 테두리 커버(600)와 방열판(300)의 사이에는 열방출을 위한 방열공간(S)이 형성될 수 있다.

방열판(500)은 코일부(300)로부터 발생하는 열을 방출시킬 수 있다. ㅇ코일이를 위해 방열판(500)은 코일부(300)와 인접하도록 메인 프레임(100)과 상부 케이스(600) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어 방열판은 알루미늄 등 금속(Metal) 재질로 이루어질 수 있다.

방열판(500)은 무선 전력 송신 장치(1)의 형상에 따라 원형, 타원형, 사각형 등의 형상을 갖는 플레이트(plate)로 이루어질 수 있다.

보다 상세하게는 방열판(500)은 위치에 따라 바닥부(530), 경사부(520), 노출부(510)를 포함하는 입체적인 플레이트 형상을 가질 수 있다.

바닥부(530)는 코일부(300)가 삽입되면서 인접하도록 코일 통과홀(502)을 가질 수 있으며, 방열판(500)의 바닥면을 이룰 수 있다.

예를 들어 코일 통과홀(502)은 코일부(300)의 형상에 대응하는 형상(예컨대 타원형)을 가지며, 코일부(300)와의 열전달 효율을 높이도록 메인 프레임(100)의 코일 안착부(130)보다 크거나 같을 수 있다.

바닥부(530)의 코일 통과홀(502)에는 볼트홀(104, 204, 504)이 함께 구성될 수 있으며, 바닥부(530)에는 메인 프레임(100)의 공기 통과홀(103, 106)과 연통되는 공기 통과홀(503, 506) 및 상부 케이스(600)의 결합후크(605)가 삽입되는 후크통과홀(505)이 형성될 수 있다.

경사부(520)는 바닥부(530)와 노출부(510)를 연장한다. 여기서, 경사부(520)는 바닥부(530)에 대해 상부로 경사지도록 연장되고, 노출부(510)는 경사부(520)로부터 외측으로 더 연장될 수 있다.

노출부(510)는 상술한 상부 케이스(600)로부터 이격되어 방열공간(S)을 사이에 두고 외부로 노출될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 노출부(510)의 수직 높이(H1)는 경사부(520)의 수직 높이(H2)보다 크고, 바닥부(530)의 수직 높이(H3)는 가장 작을 수 있다.

상술한 구성을 포함하는 방열판(500)은 코일부(500)으로부터 방출되는 열과 외부와의 공기 접촉면적을 넓힘으로써 코일부(500)에 대한 방열 효과를 높일 수 있다.

접착 테이프(700)는 방열판(500)을 메인 프레임(100)에 부착시킬 수 있다. 접착 테이프(700)는 방열판(500)의 경사부(520)와 노출부(510) 중 적어도 어느 하나와 접촉될 수 있다.

예를 들어 접착 테이프(700)는 중공홀을 갖는 링 형상을 가지며, 일측이 개구부를 갖도록 절개될 수 있다. 물론, 접착 테이프(700)는 필요에 따라 포함하지 않을 수 있으며 방열판(500)이 메인 프레임(100)에 안정적으로 장착될 수 있는 다양한 형태를 포함하도록 변형 실시 될 수 있다.

이와 같이 세부 구성들을 포함하는 실시예의 무선 전력 송신 장치(1)는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 충전시 코일부(300)가 발열하게 되면 하부 케이스(400)의 공기 유입홀(410)을 통해 외부 공기가 무선 전력 송신 장치(1) 내부로 유입될 수 있다.

이때 유입된 외부 공기는 메인 프레임(100)의 공기 통과홀(103, 106)과 방열판(500)의 공기 통과홀(503, 506)을 통과하면서 방열판(500)과 상부 케이스(600)의 사이에 위치한 방열공간(S)을 통해 외부로 이동하는 흐름을 갖게 된다.

방열판(500)은 코일부(300)와 인접하면서 코일부(300)로부터 발생되는 열을 외부로 방출할 때, 상술한 공기흐름을 이용하여 외부로 더욱 효과적으로 방출할 수 있게 된다.

또한, 코일부(300)와 연결단자(250)로 연결되면서 메인 프레임(100)의 하부에 위치하는 PCB 기판(200)은 메인 프레임(100)의 이격돌기(120)들에 의해서 아래로 더욱 이격되어 위치하므로 코일부(300)의 열방출에 의한 악영향을 줄이면서 안정적으로 동작할 수 있다.

도 8은 실시예의 무선 충전기에 대한 충전시 온도 분포를 보여주고, 도 9는 비교예의 무선 충전기에 대한 충전시 온도 분포를 보여준다.

시뮬레이션을 통한 실험 결과로서, 도 8에 도시된 실시예의 방열판(500)이 적용된 무선 전력 송신 장치(1)는 도 9에 도시된 방열판(500)이 미적용된 비교예의 무선 충전기에 비해 표면 온도가 낮아진 것을 관찰할 수 있다.

즉, 실시예의 무선 전력 송신 장치(1)는 방열판(500)이 코일부(500)의 열방출을 효율적으로 도와서 무선 전력 송신 장치(1)의 전면의 온도분포가 낮아진 파랑색의 범위가 확대된 것을 가시적으로 확인할 수 있다.

도 10은 실시예의 무선 충전기의 충전 시간과 온도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 11은 비교예의 무선 충전기의 충전 시간과 온도 변화를 보여주는 그래프이다.

마찬가지로 도 10에 도시된 실시예의 방열판(500)이 적용된 무선 전력 송신 장치(1)는 도 11에 도시된 방열판(500)이 미적용된 비교예의 무선 충전기에 비해서 충전시간이 감소하고 코일부(300)의 열전달에 의한 영향이 감소하여 이동 단말기(M)의 배터리의 최고 온도가 감소하는 결과를 알 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 무선 충전기 100 : 메인 프레임
101 : 절개홈 103, 106 : 통기 통과홀
104 : 볼트홀 120 : 이격돌기
130 : 코일 안착부 200 : PCB 기판
204 : 볼트홀 250 : 연결단자
300 : 코일부 400 : 하부 케이스
404 : 볼트 410 : 공기 유입홀
500 : 방열판 502 : 코일 삽입홀
503, 506 : 공기 통과홀 504 : 볼트홀
505 : 후크홀 510 : 노출부
520 : 경사부 530 : 바닥부
600 : 상부 케이스 610 : 테두리 커버
620 : 충전 패드 700 : 접착테이프
701 : 절개홈 702 : 코일 삽입홀

Claims

코일 안착부와 절개홈을 갖는 메인 프레임;
상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 상부 케이스;
상기 메인 프레임의 하부에 배치되는 PCB 기판; 및
상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되며, 상기 절개홈을 통해 상기 코일 안착부에 안착되는 코일부; 를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임의 하부에 구비되어 상기 PCB 기판을 이격시키는 다수의 이격돌기를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임에 관통 형성되는 적어도 하나의 공기 통과홀을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일부와 인접하도록 상기 메인 프레임과 상기 상부 케이스 사이에 배치되며, 상기 상부 케이스와의 사이에 방열공간을 갖는 방열판;을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제4항에 있어서,
상기 방열판은
상기 상부 케이스로부터 이격되어 외부로 노출되는 노출부;
상기 코일부가 삽입되는 코일 통과홀을 갖는 바닥부; 및
상기 바닥부와 상기 노출부를 연장하는 경사부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제5항에 있어서,
상기 경사부는 상기 바닥부에 대해 경사지도록 연장되고,
상기 노출부는 상기 경사부로부터 연장되는 무선 전력 송신 장치.
제6항에 있어서,
상기 바닥부에는 공기 통과홀이 형성된 무선 전력 송신 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 프레임의 하부에 배치되며 적어도 하나의 공기 유입홀이 형성된 하부 케이스를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
코일 안착부를 갖는 메인 프레임;
상기 코일 안착부에 안착되는 코일부;
상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 상부 케이스; 및
상기 코일부와 인접하도록 상기 메인 프레임과 상기 상부 케이스 사이에 배치되며, 상기 상부 케이스로부터 이격되어 외부로 노출되는 노출부를 갖는 방열판;을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제9항에 있어서,
상기 메인 프레임의 아래에 배치되며 상기 코일부와 연결되는 PCB 기판을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제10항에 있어서,
상기 메인 프레임의 상부에는 상기 코일 안착부가 위치하고,
상기 메인 프레임의 일측에는 상기 PCB 기판에 연결된 상기 코일부가 상기 코일 안착부로 설치되도록 하는 절개홈이 형성된 무선 전력 송신 장치.
제11항에 있어서,
상기 메인 프레임은 상기 코일 안착부의 외측에서 상기 코일부를 고정 지지하는 다수의 지지돌기를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제12항에 있어서,
상기 메인 프레임에 관통 형성되는 적어도 하나의 공기 통과홀을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제9항에 있어서,
상기 방열판은
상기 코일부가 삽입되는 코일 통과홀을 갖는 바닥부; 및
상기 바닥부와 상기 노출부를 연장하는 경사부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제14항에 있어서,
상기 경사부는 상기 바닥부에 대해 경사지도록 연장되고,
상기 노출부는 상기 경사부로부터 경사지게 연장되는 무선 전력 송신 장치.
제15항에 있어서,
상기 바닥부에는 상기 메인 프레임의 공기 통과홀과 연통되는 공기 통과홀이 형성된 무선 전력 송신 장치.
제9항에 있어서,
상기 상부 케이스는,
외부로 노출되는 충전 패드; 및
상기 충전 패드를 지지하며 상기 메인 프레임으로부터 상기 방열판과 이격되는 테두리 커버를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제9항에 있어서,
상기 방열판을 상기 메인 프레임에 부착시키는 접착 테이프를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제10항에 있어서,
상기 접착 테이프는 중공홀을 갖는 링 형상을 가지며,
일측이 개구부를 갖도록 절개된 무선 전력 송신 장치.
제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 프레임의 하부에 배치되며 적어도 하나의 공기 유입홀이 형성된 하부 케이스를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
코일 안착부와 절개홈과 이격돌기를 갖는 메인 프레임;
상기 메인 프레임의 아래에 배치되는 PCB 기판;
상기 PCB 기판에 연결되면서 상기 절개홈을 통해 상기 코일 안착부에 안착되는 코일부; 및
충전 패드를 가지며 상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 상부 케이스; 및
상기 코일부와 인접하는 바닥부와, 상기 바닥부에서 연장되는 경사부와, 상기 경사부에서 연장되며 상기 상부 케이스로부터 이격되어 외부로 노출되는 노출부를 가지며, 상기 메인 프레임과 상기 상부 케이스 사이에 배치되는 방열판;을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제21항에 있어서,
상기 메인 프레임과 상기 방열판 중 적어도 어느 하나에 관통 형성되는 적어도 하나의 공기 통과홀을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제21항에 있어서,
상기 메인 프레임은
상기 코일 안착부의 외측에서 상기 코일부를 고정 지지하는 다수의 지지돌기를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 프레임의 하부에 배치되며 적어도 하나의 공기 유입홀이 형성된 하부 케이스를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.