KR20190136447A - 무선충전코일 및 무선충전코일모듈 - Google Patents

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KR20190136447A
KR20190136447A KR1020180062168A KR20180062168A KR20190136447A KR 20190136447 A KR20190136447 A KR 20190136447A KR 1020180062168 A KR1020180062168 A KR 1020180062168A KR 20180062168 A KR20180062168 A KR 20180062168A KR 20190136447 A KR20190136447 A KR 20190136447A
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이기민
김진복
김형래
임수찬
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

무선충전코일은 제1 단자, 제2 단자 및 제1 단자와 제2 단자를 연결하는 코일패턴을 포함한다. 코일 패턴은 제1 도선, 제2 도선 및 제1 도선과 제2 도선 사이에 제1 슬릿을 포함할 수 있다. 제1 도선의 일단과 제2 도선의 일단은 연결되고, 제1 도선의 타단과 제2 도선의 타단은 연결될 수 있다. 제1 도선 및 제2 도선 각각의 폭은 2δ±50㎛일 수 있다.

Description

무선충전코일 및 무선충전코일모듈{Wireless charging coil and wireless charging coil module}
실시예는 무선충전코일 및 무선충전코일모듈에 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.
무선충전용 배터리가 대용량화되면서 품질계수(quality factor)가 중요해지고 있다. 통상적으로 무선충전 효율을 높이기 위해서는 품질계수 또한 높아야 한다.
품질계수(Q)는 수학식 1과 나타내어진 바와 같이, 인덕턴스(L)에 비례하고 저항(R)에 반비례한다.
Figure pat00001
인덕턴스를 높이기 위해서는 안테나의 길이, 즉 코일의 총 길이가 길어야 한다.
하지만, 예컨대, 스마트폰과 같은 전자기기에는 수많은 부품들이 실장되어야 하므로, 수신안테나의 사이즈에 한계가 있다. 따라서, 이와 같이 설정된 사이즈에서 인덕턴스를 높이는 데에는 한계가 있다.
또한, 인덕턴스를 높이기 위해 안테나의 길이를 늘리거나 코일의 턴수(감는 횟수)가 증가되는 경우 저항도 함께 커지므로, 품질계수를 높이기 어렵다.
한편, 무선충전 수신 안테나는 실제 작동할 때에는 교류전류가 흐르기 때문에 직류저항이 아닌 교류저항이 관련된다. 이때의 교류저항은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
Rac는 교류저항을 나타내고, Rdc는 직류저항을 나타내고, Ys는 표피효과(skin effect)로 인한 저항성분을 나타내며, Yp는 근접효과(proximity effect)로 인한 저항성분을 나타낸다.
표피효과라 함은 교류전류가 흐르고 있는 코일의 단면에서 교류전류가 고르게 흐르지 않고 중심부일수록 교류전류가 적게 흐르거나 아예 흐르지 않고 주변부에 많이 흐르는 현상을 말한다. 이러한 표피효과는 주파수가 높아질수록 더욱 더 심해진다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 코일(1)에 교류전류가 흐르는 경우, 전류밀도(J)가 코일(1)의 중심부에는 없고 코일(1)의 주변부에 분포되게 되므로 교류전류가 코일(1)의 중심부로는 흐르지 않고 코일(1)의 주변부로만 흐르게 된다.
근접효과라 함은 서로 인접한 코일에 교류전류가 흐를 때 코일에 흐르는 전류밀도가 한쪽으로 쏠리는 현상을 말한다. 이러한 근접효과는 주파수가 높아질수록 그리고 인접하는 코일 사이의 간격이 좁을수록 더욱 더 심해진다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 서로 인접한 코일(3, 5)에 교류전류가 흐르는 경우, 각 코일(3, 5)의 전류밀도(J)가 서로 멀어지는 영역에 분포되고 서로 인접한 영역에는 분포되지 않게 된다. 이와 같이, 서로 인접한 코일(3, 5)에 교류전류에 흐르는 경우, 각 코일(3, 5)는 표피효과뿐만 아니라 근접효과의 영향도 받게 된다.
제한된 공간 안에서 인덕턴스를 높이기 위해 코일 사이의 간격을 줄이는 경우, 표피효과로 인한 저항성분(Ys)과 근접효과로 인한 저항성분(Yp)으로 인하여 교류저항이 증가된다.
특히, 안테나의 전자기장의 차폐를 위해 차폐재가 부가되는 경우, 이러한 교류저항은 더욱 더 증가된다.
종래에는 무선충전코일의 교류저항을 줄이는데 있어서, 표피효과나 근접효과의 영향을 간과한 채 코일 설계를 하므로, 이러한 교류저항의 증가원인을 파악하지 못하였다.
따라서, 인덕턴스를 높이기 위해 코일 사이의 간격을 감소시키지 못하고 있었고, 코일 사이의 간격을 감소시키더라도 교류저항이 증가되어 품질계수는 오히려 낮아지는 문제가 있다.
실시예는 새로운 구조의 무선충전코일 및 무선충전코일모듈을 제공한다.
실시예는 교류저항의 증가를 억제할 수 있는 무선충전코일 및 무선충전코일모듈을 제공한다.
실시예는 제한된 영역에서 품질계수를 높일 수 있는 무선충전코일 및 무선충전코일모듈을 제공한다.
실시예는 코일의 점유 면적을 최소화할 수 있는 무선충전코일 및 무선충전코일모듈을 제공한다.
실시예는 위상차의 발생을 억제할 수 있는 무선충전코일 및 무선충전코일모듈을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 제1 측면에 따르면, 무선충전코일은, 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하는 코일패턴을 포함한다. 상기 코일 패턴은 제1 도선, 제2 도선 및 상기 제1 도선과 상기 제2 도선 사이에 제1 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 제1 도선의 일단과 상기 제2 도선의 일단은 연결되고, 상기 제1 도선의 타단과 상기 제2 도선의 타단은 연결될 수 있다. 상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 폭은 2δ±50㎛일 수 있다.
상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 폭은 2δ±5㎛일 수 있다.
상기 코일패턴은 복수의 권선라인을 포함하고, 상기 복수의 권선라인 중 인접한 두 개의 권선라인 사이의 간격은 1δ이하일 수 있다.
상기 복수의 권선라인 중 인접한 두 개의 권선라인 사이의 간격은 200㎛이하일 수 있다.
상기 복수의 권선라인 중 인접한 두 개의 권선라인 사이의 간격은 150㎛이하일 수 있다.
상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 두께는 1δ이하일 수 있다.
상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 두께는 150㎛이하일 수 있다.
상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 두께는 120㎛ 이하일 수 있다.
상기 제1 슬릿의 폭은 1δ이하일 수 있다.
상기 제1 슬릿의 폭은 200㎛이하일 수 있다.
상기 제1 슬릿의 폭은 150㎛이하일 수 있다.
상기 코일패턴의 내경은 20mm 이상일 수 있다.
상기 코일패턴의 외경은 48mm 내지 50mm일 수 있다.
상기 코일패턴의 턴수는 13턴일 수 있다.
128kHz의 동작주파수에서 상기 표피깊이는 185㎛일 수 있다.
상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 3%이내일 수 있다.
상기 코일 패턴의 인덕턴스는 6.5H 이상일 수 있다.
품질계수(Q)는 16이상일 수 있다.
상기 무선충전코일은 상기 제1 도선의 일단과 상기 제2 도선의 일단을 연결시키는 제1 연결부; 및
상기 제1 도선의 타단과 상기 제2 도선의 타단을 연결시키는 제2 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 연결부는 상기 제1 및 제2 도선과 일체로 형성될 수 있다.
상기 무선충전코일은 상기 제1 도선과 상기 제2 도선을 연결시키는 적어도 하나 이상의 연결라인을 포함할 수 있다.
실시예의 제2 측면에 따르면, 무선충전코일모듈은, 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하는 코일패턴; 및 상기 코일패턴의 일측에 배치되는 차폐재;를 포함한다. 상기 코일 패턴은 제1 도선, 제2 도선 및 상기 제1 도선과 상기 제2 도선 사이에 제1 슬릿을 포함할 수 있다, 상기 제1 도선의 일단과 상기 제2 도선의 일단은 연결되고, 상기 제1 도선의 타단과 상기 제2 도선의 타단은 연결될 수 있다. 상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 폭은 2δ±50㎛일 수 있다.
상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 20%이내일 수 있다.
상기 코일 패턴의 인덕턴스는 11H 이상일 수 있다.
품질계수(Q)는 22이상일 수 있다.
실시예의 제3 측면에 따르면, 무선충전코일은, 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하고 복수의 권선라인을 포함하는 코일패턴을 포함한다. 상기 복수의 권선라인 각각의 폭은 4δ 내지 5δ일 수 있다.
상기 복수의 권선라인 각각의 폭은 4.3δ일 수 있다.
128kHz의 동작주파수에서 상기 표피깊이는 185㎛일 수 있다.
상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 5%이내일 수 있다.
품질계수(Q)는 18이상일 수 있다.
실시예의 제4 측면에 따르면, 무선충전코일모듈은, 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하고 복수의 권선라인을 포함하는 코일패턴을 포함한다. 상기 복수의 권선라인 각각의 폭은 4δ 내지 5δ일 수 있다.
128kHz의 동작주파수에서 상기 표피깊이는 185㎛일 수 있다.
상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 50%이내일 수 있다.
상기 코일 패턴의 인덕턴스는 11H 이상일 수 있다.
품질계수(Q)는 20 이상일 수 있다.
실시예에 따른 무선충전코일 및 무선충전코일모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 코일패턴이 슬릿에 의해 분리 또는 분기된 적어도 2개 이상의 도선을 포함하도록 하고, 분리 또는 분기된 도선의 폭을 특정함으로써, 직류저항은 작아지고, 교류 동작시의 직류저항과 교류저항의 차이를 줄이고, 인덕턴스를 증가시켜 품질계수가 현저히 향상될 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 코일패턴이 슬릿에 의해 분리 또는 분기된 적어도 2개 이상의 도선을 포함하도록 하고, 분리 또는 분기된 도선의 폭을 특정함으로써, 코일패턴에 포함된 권선라인 사이 간격이 줄어들어 품질계수를 향상시키고 코일패턴이 차지하는 점유면적을 최소화할 수 있어 제품의 콤팩트화가 가능하다. 아울러, 권선라인 사이 간격이 줄어들더라도 교류 동작시 직류저항과 교류저항의 차이를 줄이는 효과가 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 코일패턴이 슬릿에 의해 분리 또는 분기된 적어도 2개 이상의 도선을 포함하도록 하고, 분리 또는 분기된 도선의 폭을 특정함으로써, 권선라인 사이 간격이 줄어들어 동일 면적 대비 인덕턴스가 증가되어 결국 동일 면적 대비 품질계수를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 코일패턴이 슬릿에 의해 제1 도선과 제2 도선로 분리되는 경우, 적어도 하나 이상의 연결라인에 의해 제1 도선과 제2 도선이 연결됨으로써, 교류전력의 위상차의 발생을 억제할 수 있다는 장점이 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 1a는 단일 코일에서의 표피효과를 설명하는 도면이다.
도 1b는 서로 인접하는 코일에서의 근접효과를 설명하는 도면이다.
도 2은 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3는 실시예에 따른 무선전력송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4은 도 3에 따른 무선전력송신기와 연동되는 무선전력수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 실시예에 따른 무선전력송신기의 분해사시도이다.
도 6는 실시예에 따른 무선전력수신기를 도시한다.
도 7a는 제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이다.
도 7b는 제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 단면도이다.
도 8a는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 코일의 폭에 따른 저항과 인덕턴스를 도시한다.
도 8b는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 코일의 폭에 따른 저항 비율과 품질계수를 도시한다.
도 9a는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 코일의 폭에 따른 저항과 인덕턴스를 도시한다.
도 9b는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 코일의 폭에 따른 저항 비율과 품질계수를 도시한다.
도 10a는 제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이다.
도 10b는 제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 단면도이다.
도 11a는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 코일의 폭에 따른 저항과 인덕턴스를 도시한다.
도 11b는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 코일의 폭에 따른 저항 비율과 품질계수를 도시한다.
도 12a는 제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이다.
도 12b는 제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 단면도이다.
도 13는 제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이다.
도 14 내지 도 19는 실시 예에 따른 무선충전코일의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20는 실시예에 따른 전자기기의 분해 사시도이다.
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 요소(또는 레이어(layer))들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실시예의 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 실시예의 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, 실시예가 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, 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 실시예의 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.
실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선전력송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선전력송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선전력수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선전력수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시예에 따른 무선전력수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선전력송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선전력송신기와 무선전력수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선전력수신기는 수신코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선전력송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선전력수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 무선전력송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
<무선 충전 시스템>
도 2은 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2을 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 동작주파수와 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 동작주파수와 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.
인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지않으며, 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.
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.
<무선전력송신기>
도 3는 실시예에 따른 무선전력송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3를 참조하면 무선전력송신기(200)는 크게, 전력 변환부(210), 전력 전송부(220), 통신부(230), 제어부(240), 센싱부(250)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선전력송신기(200)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(210)는 전원부(260)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(210)는 전원부(260)로부터 공급된 전력을 무선 송신용 전력으로 변환할 수 있다.
전력 전송부(220)는 다중화기(221)(또는 멀티플렉서), 송신 코일(222)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(220)는 전력 전송을 위한 특정 동작주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전력 전송부(220)는 전력변환부(210)의 출력 전력이 송신 코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(221)와 복수의 송신 코일(222)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따른 제어부(240)는 복수의 무선전력수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선전력송신기(200)에 3개의 무선전력수신기-즉, 제1 내지 3 무선전력수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(240)는 다중화기(221)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선전력수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯 동안의 증폭기(212) 증폭률을 제어하여 무선전력수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(222)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(221)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(232)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(221)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(221)를 제어할 수도 있다.
변조부(231)는 제어부(240)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(221)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(232)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(240)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선전력수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(232)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(240)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기(200)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선전력수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선전력송신기(200)는 송신 코일(222)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(222)을 통해 무선전력수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선전력송신기(200)는 송신 코일(222)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선전력수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
이상이 도 3의 설명에서는 무선전력송신기(200)와 무선전력수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.
<무선전력수신기>
도 4은 도 3에 따른 무선전력송신기와 연동되는 무선전력수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4을 참조하면, 무선전력수신기(300)는 수신코일(310), 정류기(320), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 330), 부하(340), 통신부(360), 주제어부(370)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(360)는 복조부(361) 및 변조부(362) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 4의 예에 도시된 무선전력수신기(300)는 인밴드 통신을 통해 무선전력송신기와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 통신부(360)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신코일(310)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(320)에 전달할 수 있다. 정류기(320)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(330)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(330)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(340)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(340)에 전달할 수 있다. 또한 수신코일(310)은 복수의 수신코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
센싱부(350)는 정류기(320) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(370)에 제공할 수 있다. 또는, 센싱부(350)는 무선 전력 수신에 따라 수신코일(310)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(370)에 전송할 수도 있다.
일 예로, 센싱부(350)는 무선전력수신기(300)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(370)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(370)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(362)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(362)에 의해 변조된 신호는 수신코일(310) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선전력송신기에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(370)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(362)를 통해 무선전력송신기에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(361)는 수신코일(310)과 정류기(320) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(320) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(370)에 제공할 수 있다. 주제어부(370)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(362)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 무선전력송신기의 분해사시도이다.
실시예에 따른 무선전력송신기는 도 2에 도시된 무선전력송신기(10)이나 도 3에 도시된 무선전력송신기(200) 일 수 있다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력송신기는 제1 브라켓(400), 제1 기판(500), 제2 브라켓(600), 차폐재(605), 송신코일(610) 및 제2 기판(700)을 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 무선전력송신기의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
제1 및 제2 기판(500, 700)은 인쇄회로기판(PCB) 또는 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 브라켓(400)은 제2 브라켓(600)과 체결될 수 있다. 즉, 나사와 같은 볼트류를 이용하여 제1 브라켓(400)과 제2 브라켓(600)이 체결될 수 있다.
제1 기판(500)은 제1 브라켓(400) 상에 위치될 수 있다. 제1 기판(500)은 제1 브라켓(400) 및/또는 제2 브라켓(600)에 체결될 수 있다. 예컨대, 나사가 제1 브라켓(400)과 제1 기판(500)을 관통하여 제2 브라켓(600)에 체결될 수 있다.
제1 기판(500)의 하면에는 송신코일(610)을 구동하거나 제어하기 위한 각 종 회로부가 실장될 수 있다. 예컨대, 회로부로는 도 3에 도시된 다중화기(221), 무선충전통신부(230), 타이머(255), 센싱부(250), 제어부(240)가 있고, 도 4에 도시된 무선충전통신부(360), 주제어부(370), 센싱부(350)가 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 기판(500)은 리지드(rigid)한 사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 따라서, 제1 기판(500)은 상면에 배치되는 차폐재(605), 송신코일(610) 등을 지지할 수 있다. 또한, 제1 기판(500)의 면적은 송신코일(610)의 면적, 차폐재(605)의 면적 보다 클 수 있다. 제1 기판(500)의 일측에는 단자부(660)를 포함할 수 있다. 단자부를 이용하여 제1 기판(500)의 회로부는 송신코일(610) 및 제2 기판(700)의 회로부에 전기적으로 접속될 수 있다. 단자부는 복수의 핀이나 패드로 이루어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
차폐재(605)가 제1 기판(500)의 상면 상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 차폐재(605)가 제1 기판(500)의 상면에 제2 기판(700)의 개구부(601) 내에 배치될 수 있다. 다른 예로, 차폐재(605)가 제2 기판(700)의 아래 그리고 제1 기판(500)의 상부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 차폐재(605)의 면적은 제2 기판(700)의 개구부(601)의 면적보다 클 수 있다. 따라서, 차폐재(605)의 에지 영역은 제2 기판(700)의 프레임(603)과 중첩될 수 있다. 또 다른 예로, 차폐재(605)가 제2 기판(700)의 상부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 차폐재(605)의 면적은 제2 기판(700)의 개구부(601)의 면적보다 클 수 있다. 따라서, 차폐재(605)의 에지 영역은 제2 기판(700)의 프레임(603)과 중첩될 수 있다.
송신코일(610)의 자기장을 충분히 차폐하기 위해 차폐재(605)의 면적은 송신코일(610)의 면적보다 클 수 있다.
차폐재(605) 상에 송신코일(610)이 배치될 수 있다. 송신코일(610)은 하나 이상의 송신코일(620 내지 640)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 송신코일(620 내지 640)은 무선전력송신기의 하나 이상의 송신코일이거나 무선전력수신기의 하나 이상의 수신코일일 수 있다. 또한, 송신코일(610)이 복수일 경우, 각각의 송신코일(620 내지 640)은 동일한 턴 수로 감겨있을 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 턴 수로 감겨 있을 수 있다. 또한, 복수의 송신코일(620 내지 640)은 동일한 인덕턴스를 구비할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 인덕턴스를 구비할 수 있다. 또한, 복수의 송신코일(620 내지 640)은 하나 이상의 층으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 송신코일(620 내지 640)은 제1 내지 제3 송신코일(620 내지 640)을 포함할 수 있다. 제2 송신코일(630)과 제3 송신코일(640)은 동일한 층 즉, 제1 층에 서로 나란하게 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 송신코일(620)은 제1 층과 상이한 제2 층에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 송신코일(620)의 일부 영역은 제2 송신코일(630)의 일부 영역과 중첩되고 다른 영역은 제3 송신코일(640)의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같이, 복수의 송신코일(620 내지 640)을 서로 다른 층에 배치하여 무선전력을 효율적으로 전달할 수 있도록 충전영역을 확장시킬 수 있다. 특히, 제1 송신코일(620)은 기판(400)과 동일한 층에 배치될 수 있다.
송신코일(610)은 외면에 절연 물질로 코팅되거나 절연층으로 피복될 수 있다.
차폐재(605)의 면적은 제1 내지 제3 송신코일(620 내지 640)의 배치 점유 면적보다 클 수 있다. 배치 점유 면적이라 함은 제1 내지 제3 송신코일(620 내지 640)이 차지하고 있는 총 면적일 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 송신코일(620 내지 640)에 의해 발생된 전자기장이 차폐재(605)에 의해 차폐되어 제1 기판(500)에 실장된 회로부나 외부에 영향을 주지 않을 수 있다.
차폐재(605)는 송신코일(610)의 하면에 배치될 수 있다. 차폐재(605)의 상면은 송신코일(610)의 하면, 구체적으로 제2 및 제3 송신코일(630, 640)의 하면에 접할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 차폐재(605)의 상면과 제2 및 제3 송신코일(630, 640)의 하면 사이에는 접착제 또는 접착부재(미도시)가 배치되어 차폐재(605)에 제2 및 제3 송신코일(630, 640)이 고정될 수 있다. 차폐재(605)는 상부에 배치된 송신코일(610)에서 발생된 무선전력을 충전 방향으로 가이드 할 수 있고, 제1 기판(500)의 아래에 실장되는 각종 회로부를 전자기장으로부터 보호할 수 있다.
송신코일(610) 또는 제2 브라켓(600) 상에는 제2 기판(700)이 배치될 수 있다. 제2 기판(700)은 나사와 같은 볼트류를 이용하여 제2 브라켓(600)에 체결될 수 있다.
예컨대, 송신코일(610)이 제1 층에 배치되는 제2 및 제3 송신코일(630, 640)과 제1 층 위의 제2 층에 제1 송신코일(620)이 배치되는 경우, 제1 층과 제2 층의 전체 두께가 제2 브라켓(600)의 두께보다 클 수 있다. 이를 위해, 제2 브라켓(600)의 양단의 일부 영역은 상부로 돌출된 제1 및 제2 돌출부(602, 604)를 가질 수 있다. 따라서, 제2 기판(700)은 제2 브라켓(600)의 양단에 돌출된 제1 및 제2 돌출부에 체결됨으로써, 적어도 제1 송신코일(620)의 상면이 제2 기판(700)의 하면과 접촉되지 않게 되어, 제2 기판(700)의 하면과의 접촉으로 인한 제1 송신코일(620)의 파손을 방지할 수 있다.
제2 기판(700)의 상면에는 예컨대, 도 3 또는 도 4에 도시된 근거리통신부(270, 380)과 같은 회로부가 실장될 수 있다. 또한, 제2 기판(700)의 상면에는 무선통신코일(280, 390)이 패턴으로 배치될 수 있다. 무선통신코일(280, 390)은 적어도 1회 이상의 턴수를 가질 수 있다. 도시되지 않았지만, 무선통신코일(280, 390)의 양단은 비아홀을 통해 근거리통신부(270, 380)와 같은 회로부와 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 제2 기판(700)의 회로부는 예컨대, 케이블이나 버스라인을 이용하여 제1 기판(500)에 실장된 제어부(도 3의 240)나 주제어부(도 4의 370)에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 6는 실시예에 따른 무선전력수신기를 도시한다.
실시예에 따른 무선전력수신기(800)는 도 2에 도시된 무선전력수신기(20)이거나 도 4에 도시된 무선전력수신기(300)일 수 있다. 도 6에 도시된 무선전력수신기는 멀티 모드 안테나 모듈로 지칭될 수 있다.
도 6를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력수신기(800)은 인쇄 회로 기판(860), 제1 안테나(810), 제2 안테나(820), 제1 연결 단자(840) 및 제2 연결 단자(850)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 안테나(810)는 실시예의 무선충전코일일 수 있다. 제1 안테나(810)의 동작주파수는 대략 110 KHz 내지 대략 205 KHz일 수 있다.
상세하게, 실시예에 따른 무선전력수신기(800)은 인쇄 회로 기판(860), 무선 충전을 위해 인쇄 회로 기판(860)의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나(810), 제1 근거리 무선 통신을 위해 제1 안테나(810)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나(820), 제2 근거리 무선 통신을 위해 제2 안테나(820)와 중첩되지 않도록 제2 안테나(820)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나(830), 제1 안테나(810)에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자(840) 및 제2 안테나(820) 및 제3 안테나(830)에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자(850)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 연결 단자(840)와 제2 연결 단자(850)가 인쇄 회로 기판(850)에 물리적으로 분리 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 연결 패턴이 제2 안테나(820) 및 제3 안테나(830)에 중첩되지 않도록 제1 연결 단자(840)와 제2 연결 단자(850)가 인쇄 회로 기판(860)상에서 물리적으로 분리 배치될 수 있다.
각 안테나의 연결 패턴은 해당 안테나의 양단에서 연장되는 리드선으로 형성되거나 해당 안테나의 특정 위치에서 분기되어 형성될 수 있다. 여기서, 각 안테나의 연결 패턴 및 연결 단자가 배치되는 위치는 연결 패턴의 길이가 최소화되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다. 여기서, MST에서의 동작주파수는 예컨대, 3.24MHz이고, NFC에서의 동작주파수는 예컨대, 13.56MHz일 수 있다.
다른 일 예로, 제1 근거리 무선 통신은 NFC이고, 제2 근거리 무선 통신은 MST일 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제1 근거리 무선 통신 및 제2 근거리 무선 통신은 각각 NFC, RFID 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, MST 통신, 애플페이 통신, 구글페이 통신 중 어느 하나에 대응될 수도 있다.
제2 안테나(320)와 제3 안테나(330) 사이의 이격 거리가 최소 1 mm 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(360)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 제2 안테나(320)와 제3 안테나(330)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제1 기준치 이하가 유지되도록 제2 안테나(320) 및 제3 안테나(330)가 인쇄 회로 기판(360)에 배치될 수 있다.
또한, 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320) 사이의 이격 거리는 최소 0.5 mm 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(360)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제2 기준치 이하가 유지되도록 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)가 인쇄 회로 기판(360)에 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 안테나(310)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제1 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 일 예로, 제2 안테나(320)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제2 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제3 안테나(330)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제3 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제1 안테나(310), 제2 안테나(320), 제3 안테나(330) 중 적어도 하나의 안테나가 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 해당 안테나 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 해당 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(310)는 소정 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄 회로 기판(360)에 인쇄될 수 있으며, 제1 연결 단자는 내직경 외부에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하다.
이상에서 설명된 무선전력송신기의 송신코일(도 5의 610) 및/또는 무선전력수신기의 수신코일(도 6의 810)은 이하에서 설명되는 무선충전코일로 지칭될 수 있다.
이하에서는 일정 수준의 직류저항(Rdc)을 유지하여 교류저항(Rac)을 커지지 않도록 하기 위한 무선충전코일모듈을 설명한다.
표피효과와 근접효과의 영향을 최소화 하기 위해서는 코일의 반경이 표피깊이(skin depth)과 같거나 작아야 한다. 표피깊이(δ)는 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
δ는 표피깊이를 나타내고, μ는 투자율을 나타내며, σ는 도전율을 나타내며, f는 동작주파수를 나타낼 수 있다.
따라서, 코일의 직경이 2δ 이하인 경우, 도1a 및 도 1b에 도시된 코일 내부의 전체 영역이 균일한 자속밀도를 가지므로, 수학식 2에 나타내어진 표피효과로 인한 저항성분(Ys)과 근접효과로 인한 저항성분(Yp)을 실질적으로 0으로 할 수 있다.
하지만, 코일의 직경이 2δ 이하인 경우, 코일의 단면적이 작아지므로, 기본적으로 직류저항이 커지는 문제가 있다. 직류저항(Rdc)은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
ρ는 저항률을 나타내고, l은 코일의 길이를 나타내며, S는 코일의 단면적을 나타낸다.
수학식 4로부터 코일의 단면적(S)이 작아질수록 직류저항(Rdc)이 커진다. 수학식 4로부터 코일의 길이(l)이 길어질수록 직류저항(Rdc)이 커진다.
수학식 4로부터, 코일의 직경이 2δ 이하로 하여 표피효과로 인한 저항성분(Ys)과 근접효과로 인한 저항성분(Yp)을 실질적으로 0으로 하더라도 직류저항(Rdc) 자체가 일정 수준 이상으로 커지므로, 교류저항(Rac)은 직류저항(Rdc) 이상으로 커진다.
따라서, 일정 수준의 직류저항(Rdc)을 유지하면서도 교류저항(Rac)이 커지지 않도록 하기 위한 코일 설계가 절실히 요구된다.
이하의 제1 내지 제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈은 직류저항(Rdc)이 일정 수준으로 유지하면서도 교류저항(Rac)의 증가를 억제시킬 수 있다.
<제1 실시예>
도 7a는 제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이고, 도 7b는 제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)은 필름(901)을 제공할 수 있다. 필름(901)은 무선충전코일(903, 906)을 형성하기 위한 기판으로 작용할 수 있다. 또한, 무선충전코일(903, 906)을 보호하고 지지할 수 있다. 필름(901)은 두께가 얇고 유연한(flexible) 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 필름(901)은 PI(polyimide)나 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있다.
제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)은 차폐재(907)를 제공할 수 있다. 차폐재(907)는 무선충전코일(903, 906)의 전자기장을 차폐시킬 수 있다. 차폐재(907)는 금속 재질을 포함할 수 있다. 차폐재(907)는 예컨대, 페라이트(ferrite) 재질로 이루어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 차폐재(907)는 무선충전코일(903, 906)을 지지할 수 있다. 차폐재(907)의 면적은 무선충전코일(903, 906)의 면적보다 클 수 있다.
차폐재(907)는 필름(901)의 아래에 배치될 수 있다. 차폐재(907)는 접착재(미도시)를 이용하여 필름(901)에 부착될 수 있다. 접착재가 매우 얇기 때문에 차폐재(907)는 필름(901)의 하면에 접촉되는 것으로 간주될 수 있다. 접착재는 방열 성능과 절연 특성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)은 방열재(909)를 제공할 수 있다. 방열재(909)는 차폐재(907)의 아래에 배치될 수 있다. 방열재(909)는 접착재(미도시)를 이용하여 차폐재(907)에 부착될 수 있다. 방열재(909)는 차폐재(907)의 하면과 접촉될 수 있다. 방열재(909)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 방열재(909)는 구리(Cu) 을 포함하여 이루어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도시되지 않았지만, 방열재(909)는 차폐재(907) 내부에 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 방열재(909)는 플레이트 형상을 가지거나 방열 특성이 우수한 미립자(particles)나 비드(beads)일 수 있다.
방열재(909)는 무선충전코일(903, 906)과 차폐재(907)를 지지할 수 있다. 방열재(909)는 무선충전코일(903, 906)에서 발생된 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 방열재(909)의 두께가 두꺼울수록 방열 성능이 우수하지만, 두께에 비례하여 무선충전코일모듈(900)의 부피가 커지므로, 방열재(909)의 두께에 대한 최적화가 요구된다. 예컨대, 방열재(909)의 두께는 차폐재(907)의 두께에 비해 2배 내지 5배 두꺼울 수 있다.
방열재(909)는 무선충전코일모듈(900)의 발열 상태에 따라 선택적으로 채택될 수 있다. 예컨대, 무선충전코일모듈(900)의 발열이 거의 발생되지 않는 경우, 방열재(909)는 생략될 수 있다.
제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)은 무선충전코일(903, 906)을 제공할 수 있다. 무선충전코일(903, 906)은 무선전력송신기로부터의 무선전력을 수신하기 위한 부재로서, 예컨대 도 6에 도시된 제1 안테나(810)일 수 있다.
제1 실시예에서, 무선충전코일(903, 906)은 코일부(903)를 포함할 수 있다. 코일부(903)는 필름(901)의 상면에 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 코일부(903)가 직접 차폐재(907)의 상면에 배치될 수도 있다.
코일부(903)는 나선형으로 권선된 코일패턴(904)를 포함할 수 있다. 코일패턴(904)은 복수의 권선라인(904_1 내지 904_13)을 포함할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에는 설명의 편의를 위해 코일패턴(904)으로 13턴(turns)을 갖는 제1 내지 제13 권선라인(904_1 내지 904_13)이 도시되었다. 제1 실시예에 따른 코일부(903)는 13개 미만의 권선라인 또는 13개를 초과하는 권선라인을 포함할 수도 있다.
제1 실시예에 따른 코일부(903)에서, 인접하는 2개의 권선라인 사이의 간격(D1)은 1δ 이하일 수 있다. 인접하는 2개의 권선라인 사이의 간격(D1)은 200㎛ 이하일 수 있다. 인접하는 2개의 권선라인 사이의 간격(D1)은 150㎛ 이하일 수 있다.
다만, 2개의 권선라인 사이의 간격을 줄이는 경우, 표피효과 및/또는 근접효과의 영향이 커질 수 있다. 종래에는 이러한 표피효과 및/또는 근접효과를 고려하여 2개의 권선라인 사이의 간격을 줄이는데 제한이 따랐다. 예를 들어, 공정 능력으로는 2 개의 권선라인 사이의 간격을 공정한계치인 150㎛까지 줄일 수 있음에도 불구하고, 표피효과 및/또는 근접효과로 인한 교류저항 증가로 인하여 350㎛ 이상으로 2개의 권선라인 사이를 설계하고 있다.
실시예에 따르면, 권선라인(904_1 내지 904_13)은 서로 간에 이격되어 배치될 수 있다. 권선라인(904_1 내지 904_13) 간의 간격(D1)은 공정 상 허용되는 최소 간격을 가질 수 있다. 예컨대, 권선라인(904_1 내지 904_13) 간의 간격(D1)은 압연강판의 식각 방식에 의한 공정 상의 한계로 대략 150㎛일 수 있다. 공정오차로 인하여 실시 예에 따른 권선라인(904_1 내지 904_13) 간의 간격(D1)은 150±50㎛일 수 있다. 공정오차로 인하여 실시 예에 따른 권선라인(904_1 내지 904_13) 간의 간격(D1)은 150±5㎛일 수 있다. 공정 능력이 향상될 경우에 실시 예에 따른 권선라인(904_1 내지 904_13) 간의 간격(D1)은 150㎛ 이하로도 가능하다.
제1 실시예에 따르면, 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각은 슬릿(911)에 의해 제1 도선(904a)와 제2 도선(904b)로 분리될 수 있다. 이러한 경우, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 두께(T)는 1δ이하일 수 있다. 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 두께(T)는 150㎛이하일 수 있다. 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 두께(T)는 120㎛이하일 수 있다.
제1 실시예에 따른 코일패턴(904)은 압연강판의 식각 방식에 의한 공정 방법으로 형성될 수 있다. 이러한 공정 방법은 나중에 설명하기로 한다(도 14 내지 도 19 참조). 이러한 공정 방법을 의해 종래의 FPCB 타입의 코일패턴에 비해 훨씬 더 높이를 크게 형성하는 것이 가능하므로, 단면적이 크고 저항이 작은 코일을 만들 수 있다. 종래의 FPCB 타입의 코일패턴은 제작할 수 있는 코일 높이가 제한되어 저항이 크다. 종래의 FPCB 타입의 코일패턴은 일정 수준 이상의 저항을 확보하기 위하여 두 층의 코일을 양면으로 형성한다. 양면으로 코일을 형성한 경우, 공정이 복잡해지고 재료비가 상승하는 단점이 있다.
제1 실시예에 따른 코일패턴(904)은 두께와 폭을 갖는 예컨대, 사각형으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 압연 강판 방식으로 제작된 코일은 다른 종류의 코일에 비하여 비교적 일정한 사각형 모양의 단면을 가질 수 있다.
제1 실시예에 따른 코일패턴(904)의 내경, 즉 중공부(906)의 직경은 예컨대 20mm 이상일 수 있다. 코일패턴(904)의 외경은 50mm이하일 수 있다. 코일패턴(904)의 외경은 48mm 내지 50mm 이하일 수 있다.
종래의 코일은 코일의 인덕턴스를 확보하기 위하여 코일의 길이가 길었다. 하지만, 외경은 코일패턴이 배치되는 스마트폰의 사이즈에 한정될 수 밖에 없다. 이에 따라 외경은 최대 50m로 한정되다. 중공부(906)의 직경이 20mm 이내로 형성할 수 밖에 없었다.
이와 같은 코일패턴(904)에서, 직류저항(Rdc)을 낮춤과 동시에, 교류 동작시에 직류저항(Rdc)와 교류저항(Rac)의 차이를 최소화할 수 있다.
수학식 2에 나타내어진 바와 같이, 직류저항(Rdc)이 일정하더라도 표피효과와 근접효과에 영향을 많이 받을수록 교류저항은 증가될 수 있다.
제1 실시예에 따른 코일패턴(904)에 의해, 직류저항(Rdc)은 낮아지고, 표피효과와 근접효과의 영향이 없거나 최소화될 수 있다. 이는 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)로 나타내어질 수 있다. 표피효과와 근접효가 최소화될수록, 교류저항(Rac)이 직류저항(Rdc)에 근접하게 되어, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 거의 1에 수렴될 수 있다.
제1 실시예에 따른 코일패턴(904)은 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 10%이내일 수 있다. 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 10%이내라 함은 직류저항(Rdc)이 교류저항(Rac)에 대해 10%이내에서 작음을 의미할 수 있다. 순수 코일 상태에서 코일패턴(904)의 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 10% 이상인 경우, 차폐재를 장착한 후 코일모듈 상태에서 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)은 50~70%까지 차이가 발생하게 된다. 이는 차폐재로 인하여 코일패턴(904) 내에 표피효과 또는/및 근접효과가 더욱 증폭되기 때문이다. 따라서, 차폐재를 장착하기 전 순수 코일 상태에서 코일패턴(904)의 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)을 작게 할 수 있어야, 차폐재를 장착한 후 코일모듈 상태에서 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)을 작게 할 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 5%이내일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 3%이내일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 무선충전코일(903, 906)의 코일패턴(904) 일측에 차폐재(907)가 배치되는 경우, 차폐재(907)의 영향을 받아 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 코일패턴(904)만 배치되는 경우와 달라질 수 있다. 코일패턴(904)만 배치되는 구조는 배어 코일(bare coil) 구조로 지칭되고, 코일패턴(904)와 차폐재(907)의 결합으로 이루어진 구조는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조로 지칭될 수 있다.
예컨대, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서는 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 50%이내일 수 있다. 예컨대, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서는 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 30%이내일 수 있다. 예컨대, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서는 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 20%이내일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 베어 코일 구조에서 인덕턴스는 6.3H이상일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 베어 코일 구조에서 인덕턴스는 6.5H 이상일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 인덕턴스는 10.5H 이상일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 인덕턴스는 11H 이상일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 베어 코일 구조에서 품질계수(Q)는 16이상일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 베어 코일 구조에서 품질계수(Q)는 16.5 이상일 수 있다.
베어 코일 구조에서 종래의 품질계수(Q)는 4 내지 5인데 반해, 제1 실시예에 따른 베일 코일 구조에서는 품질계수(Q)가 종래에 비해 3배 이상 증가될 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 품질계수(Q)는 21 이상일 수 있다.
실시예에 따른 코일패턴(904)은 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 품질계수(Q)는 22이상일 수 있다.
코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 품질계수(Q)는 7 내지 8인데 반해, 제1 실시예에 따른 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 품질계수(Q)는 종래에 비해 3배 이상 증가될 수 있다.
제1 실시예에서, 무선충전코일(903, 906)은 중공부(906)를 포함할 수 있다. 중공부(906)는 코일패턴(904)의 내측에 형성될 수 있다. 중공부(906)는 코일패턴(904)이 배치되지 않는 빈(empty) 영역일 수 있다. 중공부(906)는 대략 원 형상이나 사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
코일부(903)의 복수의 권선라인(904_1 내지 904_13)은 중공부(906)의 둘레를 따라 나선형으로 권선될 수 있다. 코일패턴(904)의 일측, 즉 중공부(906)에서 코일패턴(904)의 내측에 인접한 영역에 제1 단자(905a)가 배치되고, 코일패턴(904)의 타측, 코일패턴(904)의 외측에 인접한 영역에 제2 단자(905b)가 배치될 수 있다. 예컨대, 코일패턴(904)의 일측은 최 내측 권선라인(예를 들어, 제1 권선라인(904_1))의 일부 영역이고, 코일패턴(904)의 타측은 최 외측 권선라인(예를 들어, 제13 권선라인(904_13))의 일부 영역일 수 있다. 따라서, 코일패턴(904)은 제1 단자(905a)에 연결되어 나선형 방향으로 다수개 권선된 후, 제2 단자(905b)에 연결될 수 있다. 권선 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있다. 코일패턴(904)과 제1 및 제2 단자(905a, 905b)는 일체형으로 형성될 수 있다. 또는 제1 및 제2 단자(905a, 905b)가 코일패턴(904)과 별개로 형성된 후, 코일패턴(904)에 본딩 공정에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 단자(905a, 905b) 각각의 폭(W)은 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이의 간격(D1)과 동일하거나 클 수 있다. 제1 및 제2 단자(905a, 905b)는 전원을 공급하는 회로부에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 단자(905a, 905b)에 교류전압이 인가되는 경우, 중공부(906)를 기준으로 주기적으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 코일패턴(904)에 전류가 흐를 수 있다.
도시되지 않았지만, 무선충전코일(903, 906)은 중공부(906)에 인접한 제1 단자(905a)에 연결되어 코일패턴(904)을 가로질러 코일패턴(904)의 외측으로 연장되는 연결부재를 포함할 수 있다. 코일패턴(904)의 외측으로 연장된 연결부재는 제2 단자(905b)에 인접하여 배치되는 연결단자에 연결될 수 있다. 연결부재와 코일패턴(904) 사이의 전기적으로 쇼트를 방지하기 위해 연결부재와 코일패턴(904) 사이에 절연층이 배치될 수 있다. 연결부재는 코일패턴(904)과 동일한 금속 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
한편, 제1 실시예에서, 코일부(903)는 제1 도선(904a), 제2 도선(904b) 및 슬릿(910)을 포함할 수 있다. 슬릿(910)은 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 존재하지 않는 영역으로서, 개구, 홀, 구멍 또는 리세스(recess)로 지칭될 수 있다. 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)은 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기될 수 있다.
실시 예에 따른 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 두께(T)는 1δ이하일 수 있다.
실시 예에 따른 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 두께(T)는 150㎛이하일 수 있다.
실시 예에 따른 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 두께(T)는 120㎛이하일 수 있다.
실시 예에 따른 슬릿(910)의 폭(D2)은 1δ이하일 수 있다.
실시 예에 따른 슬릿(910)의 폭(D2)은 200㎛이하일 수 있다.
실시 예에 따른 슬릿(910)의 폭(D2)은 150㎛이하일 수 있다.
슬릿의 폭(D2)은 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이의 간격일 수 있다.
제1 도선(904a), 제2 도선(904b) 및 슬릿(910)은 코일패턴(904), 즉 다수의 권선라인(904_1 내지 904_13)의 전체 영역에 구비될 수 있다. 슬릿(910)은 제1 단자(905a)에 연결된 코일패턴(904)의 일측 영역, 즉 제1 권선라인(904_1)의 일 영역으로부터 권선라인(904_1 내지 904_13)의 길이 방향을 따라 형성되고 또한 제2 단자(905b)에 연결된 코일패턴(904)의 타측 영역, 즉 제13 권선라인(904_13)의 일 영역까지 형성될 수 있다. 따라서, 이와 같이 형성된 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 또한 제1 권선라인(904_1)의 일 영역으로부터 제13 권선라인(904_13)의 일 영역까지 형성될 수 있다.
제1 도선(904a)은 제1 권선라인(904_1) 내지 제13 권선라인(904_13) 각각에서 동일한 폭(W)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 도선(904b)은 제1 권선라인(904_1) 내지 제13 권선라인(904_13) 각각에서 동일한 폭(W)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 실시예에서, 코일부(903)는 제1 연결부(913a)와 제2 연결부(913b)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 연결부(913a)는 제1 권선라인(904_1)의 일 영역에 위치되고, 제2 연결부(913b)는 제13 권선라인(904_13)의 일 영역에 위치될 수 있다. 제1 연결부(913a)는 제1 권선라인(904_1)의 일 영역에서 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시켜주고, 제2 연결부(913b)는 제13 권선라인(904_13)의 일 영역에서 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시켜줄 수 있다.
제1 권선라인(904_1)은 제1 연결부(913a)와 일체로 형성되고, 제13 권선라인(904_13)은 제2 연결부(913b)와 일체로 형성될 수 있다.
따라서, 제1 단자(905a)로 전압이 인가되는 경우, 제1 단자(905a)에 연결된 제1 연결부(913a)를 경유하여 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 동시에 전류가 흐를 수 있다. 마찬자기로, 제2 단자(905b)로 전압이 인가되는 경우, 제2 단자(905b)에 연결된 제2 연결부(913b)를 경유하여 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 동시에 전류가 흐를 수 있다.
다른 예로서, 제1 연결부(913a)는 코일패턴(904)이 아닌 제1 단자(905a)에 포함되고, 제2 연결부(913b)는 코일패턴(904)이 아닌 제2 단자(905b)에 포함될 수 있다. 제1 연결부(913a)와 제2 연결부(913b)와 제1 및 제2 단자(905a, 905b)는 일체로 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 2δ±50㎛(2δ-50㎛ 내지 2δ+50㎛)일 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 2δ±5㎛(2δ-5㎛ 내지 2δ+5㎛)일 수 있다.
표피깊이(δ 또는 델타 또는 delta)는 수학식 3에 나타내어진 바와 같이, 무선충전코일(903, 906)에서 사용되는 동작주파수에 따라 달라질 수 있다. 이러한 경우, 투자율(μ)과 도전율(σ)이 일정 상수를 갖는다는 가정 하에, 표 1과 같이 나타내어질 수 있다.
동작주파수 표피깊이(δ)
100kHz 209㎛
128kHz 185㎛
200kHz 148㎛
6.78MHz 25㎛
예컨대, 128kHz의 동작주파수가 사용되는 경우, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 370㎛, 즉 2δ 이하일 수 있다. 베어 코일 구조와 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조 각각의 실험에 사용된 코일패턴(904) 규격은 표 2로 나타낼 수 있다. 차폐재(907)는 4개 층으로 구성되고 1400의 차폐율을 가질 수 있다.
비교예 제1 실시예
Line width(㎛) 800 900
Line space(㎛) 350 150
Line pitch(㎛) 1150 1050
Coil 외경(mm) 48.2 48.2
Coil 내경(mm) 19 21.2
턴수 13 13
제1 실시예의 폭인 900㎛는 제1 도선(904a)의 폭, 제2 도선(904b)의 폭 및 슬릿(910)의 폭을 모두 더한 값, 즉 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭일 수 있다. 이러한 경우, 128kHz의 동작주파수가 사용되는 경우, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 370㎛ 이하일 수 있다. 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 공정 오차를 고려하면, 320~420㎛ 범위를 가질 수 있다. 안정화된 공정의 경우, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 365~375㎛일 수 있다.
리프프레임 공정에 의해 코일패턴(904)을 형성하는 경우, 과에칭에 의한 공정 오차가 고려되어야 한다. 이에 따라, 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각은 예컨대 375㎛이고, 슬릿(910)의 폭은 150㎛일 수 있다. 따라서, 제1 도선(904a)의 폭, 제2 도선(904b)의 폭 및 슬릿(910)의 폭, 즉 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 사이의 간격을 모두 더한 값인 900㎛가 산출될 수 있다.
실시 예에 따른 코일패턴(904)의 베어 코일 구조에서의 측정값은 표 3으로 나타낼 수 있다.
L(H) 6.68
Rac(Ω) 0.32
Rdc(Ω) 0.32
Q 16.53
Rac/Rdc 1
표 3에 나타내어진 바와 같이, 베어 코일 구조에서 코일패턴(904)에서 측정된 인덕턴스(L)는 6.68이고, 교류저항(Rac)과 직류저항(Rdc)은 동일한 저항값, 즉 0.32Ω이고, 품질계수(Q)는 16.53이며, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)은 1일 수 있다. 따라서, 제1 실시예에서의 품질계수(Q)는 16이상일 수 있다. 이러한 베어 코일 구조에서의 측정값을 의해, 인덕턴스(L)가 종래에 비해 커질 수 있다. 특히 품질계수(Q)는 종래에 비해 현저히 증가됨을 알 수 있다. 아울러, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 최대비율(1)과 동일하게 측정되었다. 이로부터 표 2와 같은 코일패턴(904) 규격으로 설계되는 경우, 표피효과와 근접효과의 영향이 전혀 없음을 확인할 수 있다.
도 8a는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 권선라인의 폭에 따른 저항과 인덕턴스를 도시하고, 도 8b는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 권선라인의 폭에 따른 저항 비율과 품질계수를 도시한다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 데이터는 코일패턴(904)뿐만 아니라 차폐재(907)도 구비된 상황에서 실험에 의해 얻어진 측정값을 도시한다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 비교예의 인덕턴스는 9.69H인데 반해, 제1 실시예의 인덕턴스는 11.6H로 비교예에 비해 19.7% 이상 커졌다. 비교예의 직류저항은 0.491Ω인데 반해, 제1 실시예의 직류저항은 0.336Ω으로 더 작다. 마찬가지로, 비교예의 교류저항은 0.65Ω인데 반해, 제1 실시예의 교류저항은 0.418Ω로 더 작다. 또한, 직류저항(Rdc)과 교류저항(Rac)의 비율이 비교예의 경우 32% 차이가 나지만, 제1 실시예의 직류저항(Rdc)과 교류저항(Rac)의 비율은 24% 로 30% 이하로 감소됨을 확인할 수 있다.
이로부터, 제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)에서 비교예에 비해 인덕턴스는 더 크며 직류저항과 교류저항은 더 작으며, 직류저항과 교류저항의 차이도 작아짐을 알 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 비교예의 품질계수는 11.99인데 반해, 제1 실시예의 품질계수는 22.32로 비교예에 비해 86.2% 향상되었다. 이에 따라, 최대 품질계수가 확보될 수 있어, 전력전송효율이 현저히 향상될 수 있다.
한편, 표 3과 도 8b에 도시한 바와 같이, 베어 코일 구조에서의 인덕턴스(L)은 6.68H인데 반해, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서의 인덕턴스(L)은 11.6으로 베어 코일 구조에서보다 더욱 더 증가되었다. 또한, 베어 코일 구조에서의 품질계수(Q)는 16.53인데 반해, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서의 품질계수(Q)는 22.32로 베어 코일 구조에서보다 더욱 더 증가되었다.
제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)에 따르면, 코일패턴(904) 각각이 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되도록 하고, 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b) 각각의 폭이 2δ 이하가 되도록 함으로써, 직류저항(또는 교류저항)은 작아지고 인덕턴스는 커져 수학식 1에 나타내어진 바와 같이 품질계수가 현저히 향상될 수 있다.
제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)에 따르면, 코일패턴(904) 각각이 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되도록 하고, 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b) 각각의 폭이 2δ 이하가 되도록 함으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격이 비교예에 비해 줄어들어 품질계수를 향상시키고 코일패턴(904)이 차지하는 점유면적을 최소화할 수 있어 제품의 콤팩트화가 가능하다. 이와 같이, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 줄어들더라도 교류저항은 커지지 않아 교류저항의 억제 효과가 있다.
제1 실시예에 따른 무선충전코일모듈(900)에 따르면, 코일패턴(904) 각각이 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되도록 하고, 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b) 각각의 폭이 2δ 이하가 되도록 함으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 동일 면적 대비 인덕턴스가 증가되어 결국 동일 면적 대비 품질계수를 향상시킬 수 있다.
<제2 실시예>
제2 실시예는 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각이 제1 도선(904a), 제2 도선(904b) 및 제1 도선(904a)와 제2 도선(904b) 사이에 슬릿(911)을 포함하는 것은 제1 실시예와 동일하지만, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 다른 점에서 제1 실시예와 상이하다.
예컨대, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13)에서 일부 권선라인의 제1 도선(904a)와 제2 도선(904b) 각각의 폭(W)는 2δ이상이고, 그 외 권선라인의 제1 도선(904a)와 제2 도선(904b) 각각의 폭(W)는 2δ이하일 수 있다.
일 예로서, 폭이 2δ이상인 권선라인은 코일패턴(904)의 외측에 근접하여 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 권선라인(904_1)을 제외한 나머지 권선라인, 즉 제2 내지 제13 권선라인(904_2 내지 904_13) 각각의 제1 도선(904a)와 제2 도선(904b) 각각의 폭(W)는 2δ이상일 수 있다.
다른 예로서, 폭이 2δ이상인 권선라인은 제1 권선라인(904_1)과 제13 권선라인(904_13) 사이에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
보다 구체적으로, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중에서 2개 내지 5개의 권선라인 각각의 폭(W)은 2δ이상이고, 그 외 나머지 권선라인 각각의 폭(W)은 2δ이하일 수 있다. 예컨대, 제2 권선라인(904_2) 내지 제4 권선라인(904_4) 각각의 폭(W)은 2δ이상이고, 제1 권선라인(904_1) 및 제5 내지 제13 권선라인(904_13) 각각의 폭(W)은 2δ이하일 수 있다.
제2 실시예에 따른 코일패턴(904)의 규격의 일예가 표 4로 나타내어질 수 있다.
제1 권선라인(904_1) 900㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제2 권선라인(904_2) 1,000㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제3 권선라인(904_3) 1,000㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제4 권선라인(904_4) 1,000㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제5 권선라인(904_5) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제6 권선라인(904_6) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제7 권선라인(904_7) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제8 권선라인(904_8) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제9 권선라인(904_9) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제10 권선라인(904_10) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제11 권선라인(904_11) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제12 권선라인(904_12) 950㎛
권선라인 사이 간격 150㎛
제13 권선라인(904_13) 950㎛
슬릿의 간격을 150㎛이고 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 서로 동일할 수 있다. 이러한 경우, 제1 권선라인(904_1)의 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 375㎛일 수 있다. 제2 내지 제4 권선라인(904_2 내지 904_4) 각각의 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 425㎛일 수 있다. 제5 내지 제13 권선라인(904_5 내지 904_13) 각각의 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 400㎛일 수 있다.앞서, 압연강판의 식각 방식에 의한 공정 상에 의한 공정 오차를 고려하는 경우, 2δ는 400㎛로 설정된다고 한 바 있다. 이로부터 제2 내지 제4 권선라인(904_2 내지 904_4) 각각의 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 2δ이상인데 반해, 제1 및 제5 내지 제13 권선라인(904_1, 904_5 내지 904_13) 각각의 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 2δ이하일 수 있다.
실험에 사용된 코일패턴(904) 규격은 표 5로 나타낼 수 있다. 차폐재(907)는 4개 층으로 구성되고 1400의 차폐율을 가질 수 있다.
비교예 제2 실시예
Line width(㎛) 800 900~1000
Line space(㎛) 350 150
Line pitch(㎛) 1150 1100
Coil 외경(mm) 48.2 48.2
Coil 내경(mm) 19 19.7
턴수 13 13
표 5에 나타내어진 제2 실시예의 코일패턴(904) 규격에서 각 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭과 각 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이의 간격에 대한 구체적인 규격은 이미 표 4에서 나타내어진 바 있다.
실시 예에 따른 코일패턴(904)의 베어 코일 구조에서의 측정값은 표 6으로 나타낼 수 있다.
L(H) 6.32
Rac(Ω) 0.3
Rdc(Ω) 0.295
Q 16.94
Rac/Rdc 1.02
표 6에 나타내어진 바와 같이, 베어 코일 구조에서 코일패턴(904)에서 측정된 인덕턴스(L)는 6.32이고, 교류저항(Rac)은 0.3Ω이고, 직류저항(Rdc)은 0.295Ω이고, 품질계수(Q)는 16.94이며, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)은 1.02일 수 있다. 이러한 베어 코일 구조에서의 측정값을 의해, 인덕턴스(L)가 종래에 비해 커질 수 있다. 특히 품질계수(Q)는 종래에 비해 현저히 증가됨을 알 수 있다. 아울러, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 2% 정도로 측정되었고, 이로부터 표 4 및 표 5와 같은 코일패턴(904) 규격으로 설계되는 경우, 표피효과와 근접효과의 영향이 현저하게 줄어들었음을 확인할 수 있다.
도 9a는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 권선라인의 폭에 따른 저항과 인덕턴스를 도시하고, 도 9b는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 권선라인의 폭에 따른 저항 비율과 품질계수를 도시한다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 데이터는 코일패턴(904)뿐만 아니라 차폐재(907)도 구비된 상황에서 실험에 의해 얻어진 측정값을 도시한다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 비교예의 인덕턴스는 9.69H인데 반해, 제2 실시예의 인덕턴스는 10.9H로 비교예에 비해 12.48% 이상 커졌다. 비교예의 직류저항은 0.491Ω인데 반해, 제2 실시예의 직류저항은 0.308Ω으로 더 작다. 마찬가지로, 비교예의 교류저항은 0.65Ω인데 반해, 제2 실시예의 교류저항은 0.414Ω로 더 작다.
이로부터, 제2 실시예에 따른 무선충전코일모듈(910)에서 비교예에 비해 인덕턴스는 더 크며 직류저항과 교류저항은 더 작음을 알 수 있다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 비교예의 품질계수는 11.99인데 반해, 제2 실시예의 품질계수는 21.27로 비교예에 비해 77.4% 향상되었다. 이에 따라, 최대 품질계수가 확보될 수 있어, 전력전송효율이 현저히 향상될 수 있다.
제2 실시예에 따른 무선충전코일모듈(910)에 따르면, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중 일부 권선라인이 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되도록 하고, 제2 도선(904b)과 제2 도선(904b) 각각의 폭이 2δ 이하가 되도록 함으로써, 직류저항(또는 교류저항)은 작아지고 인덕턴스는 커져 수학식 1에 나타내어진 바와 같이 품질계수가 현저히 향상될 수 있다.
제2 실시예에 따른 무선충전코일모듈(910)에 따르면, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중 일부 권선라인이 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되도록 하고, 제2 도선(904b)과 제2 도선(904b) 각각의 폭이 2δ 이하가 되도록 함으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 품질계수를 향상시키고 코일패턴(904)이 차지하는 점유면적을 최소화할 수 있어 제품의 콤팩트화가 가능하다. 이와 같이, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 줄어들더라도 교류저항은 커지지 않아 교류저항의 억제 효과가 있다.
제2 실시예에 따른 무선충전코일모듈(910)에 따르면, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중 일부 권선라인이 슬릿(910)에 의해 분리 또는 분기된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되도록 하고, 제2 도선(904b)과 제2 도선(904b) 각각의 폭이 2δ 이하가 되도록 함으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 동일 면적 대비 인덕턴스가 증가되어 결국 동일 면적 대비 품질계수를 향상시킬 수 있다.
<제3 실시예>
제3 실시예는 단지 코일패턴(904)로 구성되되, 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 표피깊이의 특정 배수 범위인 것을 제외하고 제1 및 제2 실시예와 동일하다. 제3 실시예에서 제1 및 제2 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하에서 누락된 설명은 제1 및 제2 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 10a는 제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이고, 도 10b는 제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈(920)은 필름(901), 무선충전코일(903, 906), 차폐재(907) 및 방열재(909)를 포함할 수 있다.
필름(901) 상에 무선충전코일(903, 906)이 배치되고, 필름(901) 아래에 순차적으로 차폐재(907) 및 방열재(909)가 배치될 수 있다.
무선충전코일(903, 906)은 중심에 위치된 중공부(906)와 중공부(906)를 둘러싼 코일패턴(904)를 포함하는 코일부(903)를 포함할 수 있다.
제3 실시예에서, 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭은 4δ 내지 5δ일 수 있다. 각 권선라인(904_1 내지 904_13) 간의 간격은 150㎛ 이하일 수 있다.
제3 실시예에 따른 코일패턴(904)에 의해, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 15%이내일 수 있다.
제3 실시예에 따른 코일패턴(904)에 의해, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 10%이내일 수 있다.
제3 실시예에 따른 코일패턴(904)에 의해, 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 5%이내일 수 있다.
한편, 무선충전코일(903, 906)의 코일패턴(904) 일측에 차폐재(907)가 배치되는 경우, 차폐재(907)의 영향을 받아 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 코일패턴(904)만 배치되는 경우와 달라질 수 있다. 코일패턴(904)만 배치되는 구조는 배어 코일(bare coil) 구조로 지칭되고, 코일패턴(904)와 차폐재(907)의 결합으로 이루어진 구조는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조로 지칭될 수 있다.
예컨대, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서는 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 70%이내일 수 있다. 예컨대, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서는 교류저항과 직류저항의 비율(Rac/Rdc)이 50%이내일 수 있다.
코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 인덕턴스(L)는 10.5H 이상일 수 있다. 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 인덕턴스(L)는 11H 이상일 수 있다.
베어 코일 구조에서 품질계수(Q)는 16이상일 수 있다. 베어 코일 구조에서 품질계수(Q)는 18이상일 수 있다.
이와 달리, 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 품질계수(Q)는 20 이상일 수 있다. 품질계수(Q)가 베어 코일 구조보다 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 더 크게 증가될 수 있다.
실험에 사용된 코일패턴(904) 규격은 표 7로 나타낼 수 있다. 차폐재(907)는 4개 층으로 구성되고 1400의 차폐율을 가질 수 있다.
비교예 실험예1 실험예2 실험예3 실험예4 실험예5 실험예6
Line width(㎛) 800 185 370 555 740 800 925
Line space(㎛) 350 965 780 595 410 350 225
Line pitch(㎛) 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150
Coil 외경(mm) 48.2 48.2 48.2 48.2 48.2 48.2 48.2
Coil 내경(mm) 19 19 19 19 19 19 18.22
턴수 13 13 13 13 13 13 13
실험예 1은 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭이 1δ이고, 실험예 2는 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭이 2 δ이고, 실험예3은 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭이 3 δ이다. 실험예4는 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭이 4δ이고, 실험예5는 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭이 4.3δ이며, 실험예6은 각 권선라인(904_1 내지 904_13)의 폭이 5δ일 수 있다.
실시 예에 따른 코일패턴(904)의 베어 코일 구조에서의 측정값은 표 8로 나타낼 수 있다.
실험예1 실험예2 실험예3 실험예4 실험예5 실험예6
L(H) 6.45 6.32 6.23 6.17 6.19 6.11
Rac(Ω) 1.178 0.556 0.383 0.304 0.281 0.261
Rdc(Ω) 1.188 0.562 0.381 0.289 0.259 0.227
Q 4.40 9.14 13.08 16.32 17.72 18.83
Rac/Rdc 0.99 0.99 1.01 1.05 1.08 1.15
표 8에 나타내어진 바와 같이, 베어 코일 구조에서의 실험예 4 내지 실험예 6에서 품질계수가 16을 넘었다. 이로부터, 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 4δ 내지 5δ에서 품질계수가 크게 증가되었다.
도 11a는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 권선라인의 폭에 따른 저항과 인덕턴스를 도시하고, 도 11b는 코일패턴에 차폐재가 부착된 구조에서 권선라인의 폭에 따른 저항 비율과 품질계수를 도시한다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 데이터는 코일패턴(904)뿐만 아니라 차폐재(907)도 구비된 상황에서 실험에 의해 얻어진 측정값을 도시한다.
도 11a에 도시한 바와 같이, 실험예1 내지 실험예6 모두 인턱턴스가 비교예의 인덕턴스보다 커짐을 알 수 있다. 실험예 3 내지 실험예6 모두 직류저항이 비교예의 직류저항보다 작으며, 교류저항 또한 비교예의 교류저항보다 작음을 알 수 있다.
도 11b에 도시한 바와 같이, 실험예1을 제외하고는 나머지 실험예, 즉 실험예 2 내지 실험예 6 모두 품질계수가 비교예의 품질계수다 커졌다. 실험예4 내지 실험예 6에서의 품질계수가 현저히 향상되었고, 그 중에서도 실시예 5(권선라인의 폭이 4.3δ)에서 가장 높은 품질계수가 획득되었다. 예컨대, 실험예4의 품질계수는 비교예에 비해 68.9% 향상되었다. 예컨대, 실험예5의 품질계수는 비교예에 비해 76% 향상되었다. 예컨대, 실험예6의 품질계수는 비교예에 비해 70% 향상되었다. 이로부터, 제3 실시예에서, 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 4δ 내지 5δ인 경우, 최대 품질계수가 확보될 수 있어, 전력전송효율이 현저히 향상될 수 있다.
제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈(920)에 따르면, 코일패턴(904) 각각의 폭을 4δ 내지 5δ으로 함으로써, 직류저항(또는 교류저항)은 작아지고 인덕턴스는 커져 수학식 1에 나타내어진 바와 같이 품질계수가 현저히 향상될 수 있다.
제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈(920)에 따르면, 코일패턴(904) 각각의 폭을 4δ 내지 5δ으로 함으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 품질계수를 향상시키고 코일패턴(904)이 차지하는 점유면적을 최소화할 수 있어 제품의 콤팩트화가 가능하다. 이와 같이, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 줄어들더라도 교류저항은 커지지 않아 교류저항의 억제 효과가 있다.
제3 실시예에 따른 무선충전코일모듈(920)에 따르면, 코일패턴(904) 각각의 폭을 4δ 내지 5δ으로 함으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 동일 면적 대비 인덕턴스가 증가되어 결국 동일 면적 대비 품질계수를 향상시킬 수 있다.
<제4 실시예>
제4 실시예는 코일부(903)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 커지는 것을 제외하고 제2 실시예에 동일하다. 제4 실시예에서 제1 내지 제3 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하에서 누락된 설명은 제1 내지 제3 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 12a는 제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이고, 도 12b는 제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 단면도이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈(930)은 필름(901), 무선충전코일(903, 906), 차폐재(907) 및 방열재(909)를 포함할 수 있다.
필름(901) 상에 무선충전코일(903, 906)이 배치되고, 필름(901) 아래에 순차적으로 차폐재(907) 및 방열재(909)가 배치될 수 있다.
무선충전코일(903, 906)은 중심에 위치된 중공부(906)와 중공부(906)를 둘러싼 코일패턴(904)를 포함하는 코일부(903)를 포함할 수 있다.
제4 실시예에서, 코일패턴(904)에 포함된 제1 내지 제13 권선라인(904_1 내지 904_13) 중에서 일부 권선라인에 슬릿(910)에 의해 분리된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함될 수 있다.
코일부(903)는 제1 연결부(915a)와 제2 연결부(915b)를 포함할 수 있다. 제1 연결부(915a)는 특정 권선라인, 예컨대 제6 권선라인(904_6)의 끝단과 만나는 제7 권선라인(904_7)의 일 영역에서 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시켜 줄 수 있다. 제2 연결부(915b)는 제2 단자(905b)에 인접하는 제13 권선라인(904_13)의 일 영역에서 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시켜줄 수 있다.
이와 같은 코일패턴 구조에서, 예컨대 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)이 포함되지 않는 제1 내지 제6 권선라인(904_1 내지 904_6) 각각의 폭은 4δ 내지 5δ이고, 제 7 내지 제13 권선라인(904_7 내지 904_13) 각각에 포함된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭은 2δ 이하일 수 있다. 제 7 내지 제13 권선라인(904_7 내지 904_13) 각각에 포함된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 사이의 간격, 즉 슬릿(910)의 폭은 제1 내지 제6 권선라인(904_1 내지 904_6) 사이에서 인접하는 코일패턴(904) 간의 간격과 동일하거나 이보다 좁을 수 있다. 예컨대, 1 내지 제6 권선라인(904_1 내지 904_6) 사이에서 인접하는 코일패턴(904) 간의 간격이 150㎛인 경우, 제 7 내지 제13 권선라인(904_7 내지 904_13) 각각에 포함된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 사이의 간격은 150㎛ 이하일 수 있다.
아울러, 제1 권선라인으로부터 제6 권선라인(904_1 내지 904_6)로 갈수록 그 폭이 커질 수 있다. 제7 권선라인 내지 제13 권선라인(904_7 내지 904_13)로 갈수록 제7 내지 제13 권선라인(904_7 내지 904_13) 각각에 포함된 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b) 각각의 폭이 커질 수 있다. 예컨대, 제8 권선라인(904_8)의 제1 도선(904a)의 폭은 제7 권선라인(904_7)의 제1 도선(904a)의 폭보다 클 수 있다. 예컨대, 제10 권선라인(904_10)의 제1 도선(904a)의 폭은 제9 권선라인(904_9)의 제1 도선(904a)의 폭보다 클 수 있다. 마찬가지로, 제8 권선라인(904_8)의 제2 도선(904b)의 폭은 제7 권선라인(904_7)의 제2 도선(904b)의 폭보다 클 수 있다. 예컨대, 제10 권선라인(904_10)의 제2 도선(904b)의 폭은 제9 권선라인(904_9)의 제2 도선(904b)의 폭보다 클 수 있다.
제7 내지 제13 권선라인(904_7 내지 904_13) 각각의 제1 도선(904a)의 폭과 제2 도선(904b)의 폭은 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈(930)에 따르면, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중 일부 권선라인이 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 분리하고, 코일부(903)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 커짐으로써, 직류저항(또는 교류저항)은 작아지고 인덕턴스는 커져 수학식 1에 나타내어진 바와 같이 품질계수가 현저히 향상될 수 있다.
제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈(930)에 따르면, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중 일부 권선라인이 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 분리하고, 코일부(903)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 커짐으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 품질계수를 향상시키고 코일패턴(904)이 차지하는 점유면적을 최소화할 수 있어 제품의 콤팩트화가 가능하다. 이와 같이, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 줄어들더라도 교류저항은 커지지 않아 교류저항의 억제 효과가 있다.
제4 실시예에 따른 무선충전코일모듈(930)에 따르면, 코일패턴(904)의 권선라인(904_1 내지 904_13) 중 일부 권선라인이 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 분리하고, 코일부(903)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 코일패턴(904)에 포함된 권선라인(904_1 내지 904_13) 각각의 폭이 커짐으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 동일 면적 대비 인덕턴스가 증가되어 결국 동일 면적 대비 품질계수를 향상시킬 수 있다.
<제5 실시예>
제5 실시예는 분리된 제1 및 제2 도선(904a, 904b) 사이를 전기적으로 연결시키는 적어도 하나 이상의 연결라인(917)이 구비되는 것을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 제5 실시예에서 제1 내지 제4 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 이하에서 누락된 설명은 제1 내지 제4 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 13는 제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈을 도시한 평면도이다.
도 13를 참조하면, 제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈(940)은 필름(901), 무선충전코일(903, 906), 차폐재(907) 및 방열재(909)를 포함할 수 있다.
필름(901) 상에 무선충전코일(903, 906)이 배치되고, 필름(901) 아래에 순차적으로 차폐재(907) 및 방열재(909)가 배치될 수 있다.
무선충전코일(903, 906)은 중심에 위치된 중공부(906)와 중공부(906)를 둘러싼 코일패턴(904)를 포함하는 코일부(903)를 포함할 수 있다.
코일패턴(904) 각각은 제1 도선(904a), 제2 도선(904b) 및 슬릿(910)을 포함할 수 있다. 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 분리될 수 있다.
코일부(903)는 그 일측과 타측에서 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 전기적으로 연결시키는 제1 및 제2 연결부(913a, 913b)를 포함할 수 있다. 제1 연결부(913a)는 제1 단자(905a)에 인접하여 위치되고, 제2 연결부(913b)는 제2 단자(905b)에 인접하여 위치될 수 있다.
다른 예로서, 제1 연결부(913a)는 제1 단자(905a)에 포함되고, 제2 연결부(913b)는 제2 단자(905b)에 포함될 수도 있다.
코일부(903)는 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 전기적으로 연결시키는 적어도 하나 이상의 연결라인(917)을 포함할 수 있다. 연결라인은 제1 도선(904a) 및 제2 도선(904b)과 일체로 형성될 수 있다. 연결라인은 슬릿(910)을 가로질러 배치될 수 있다. 연결라인은 일정 간격으로 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 연결라인은 도 13에 도시한 바와 같이, 2시 방향을 따라 각 코일패턴(904)의 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시키는 제1 연결라인, 5시 방향을 따라 각 코일패턴(904)의 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시키는 제2 연결라인, 7시 방향을 따라 각 코일패턴(904)의 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시키는 제3 연결라인 및 10시 방향을 따라 각 코일패턴(904)의 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결시키는 제4 연결라인을 포함할 수 있다.
연결라인은 브릿지(bridge)로 지칭될 수도 있다.
적어도 하나 이상의 연결라인에 의해 각 코일패턴(904)의 슬릿은 적어도 하나 이상의 슬릿으로 구분될 수도 있다. 예컨대, 제10 권선라인(904_10)이 3개의 연결라인이 구비되는 경우, 3개의 연결라인에 의해 4개의 슬릿이 형성될 수 있다.
각 코일패턴(904)이 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)이 분리도는 경우, 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b) 각각의 회전 반경이 다르므로, 교류전력의 위상차가 발생된다. 특히, 고주파 영역에서 이러한 위상차는 더욱 더 커지게 된다.
제5 실시예에 따르면, 각 코일패턴(904)이 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 분리되는 경우, 적어도 하나 이상의 연결라인에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)이 연결됨으로써, 교류전력의 위상차의 발생을 억제할 수 있다.
제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈(940)에 따르면, 코일패턴(904)이 각각 슬릿(910)에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)로 분리되고 하나 이상의 연결라인에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결됨으로써, 직류저항(또는 교류저항)은 작아지고 인덕턴스는 커져 수학식 1에 나타내어진 바와 같이 품질계수가 현저히 향상될 수 있다.
제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈(940)에 따르면, 하나 이상의 연결라인에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결됨으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 품질계수를 향상시키고 코일패턴(904)이 차지하는 점유면적을 최소화할 수 있어 제품의 콤팩트화가 가능하다. 이와 같이, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 줄어들더라도 교류저항은 커지지 않아 교류저항의 억제 효과가 있다.
제5 실시예에 따른 무선충전코일모듈(940)에 따르면, 하나 이상의 연결라인에 의해 제1 도선(904a)과 제2 도선(904b)을 연결됨으로써, 권선라인(904_1 내지 904_13) 사이 간격 이 비교예에 비해 줄어들어 동일 면적 대비 인덕턴스가 증가되어 결국 동일 면적 대비 품질계수를 향상시킬 수 있다.
<무선충전코일의 제조 방법>
도 14 내지 도 19는 실시 예에 따른 무선충전코일의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 도전체(1201), 접착층(1700) 및 필름(1800)이 준비될 수 있다.
일 실시 예에서 도전체(1201)는 구리나 구리를 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 구리는 압연박, 전해박 형태가 사용될 수 있다. 도전체(1201)는 요구되는 제품의 사양에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다. 일 실시 예에서 도전체(1201)의 두께는 150㎛ 이하일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 최적 실시예에 따르면 도전체(1201)의 두께는 120㎛ 일 수 있다.
접착층(1700)은 도전체(1201)와 필름(1800)의 접착력을 강화시키기 위한 것으로, 열경화성 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 접착층(1700)의 두께는 17㎛일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
필름(1800)은 도전체(1201)가 일정한 도전 패턴을 형성하는 공정에서 도전체(1201)를 보호하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 필름(1800)은 후술할 식각 공정에서 도전체(1201)를 지지하여 일정한 도전 패턴을 형성하도록 도전체(1201)를 보호할 수 있다.
일 실시 예에서 필름(1800)은 PI(polyimide) 필름이나 PET(Polyethylene terephthalate) 필름이 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
도 15에 도시한 바와 같이, 도전체(1201)와 필름(1800)은 접착층(1700)을 통해 부착될 수 있다. 상기 부착은 라미네이팅(laminating) 공정이 이용될 수 있다. 라미네이팅(laminating) 공정은 소정의 열과 압력을 가하여 서로 다른 재료의 물질을 접착시키는 공정이다.
도 16에 도시한 바와 같이, 도전체(1201)의 상면에 감광막(1900)이 부착될 수 있다. 감광막(1900)은 도전체(1201)를 식각하여 일정한 도전 패턴을 형성하기 위한 것으로, UV 노광 타입 또는 LDI 노광 타입의 필름이 사용될 수 있다. 또 다른 실시 예에서 도전체(1201)의 상면에는 감광막(1900) 대신 감광성 도포액이 도포될 수도 있다.
도 17에 도시한 바와 같이, 감광막(1900)이 노광되고 현상되어 마스크 패턴(1910)이 형성될 수 있다.
마스크 패턴(1910)은 상기 노광 및 현상 공정을 통해 일정한 도전 패턴이 형성될 위치의 상면에 형성될 수 있다.
노광은 도전 패턴이 형성될 부분과 형성되지 않을 부분을 구분하여 감광막(1900)에 빛을 조사하는 것을 의미한다. 즉, 노광은 도전 패턴이 형성되지 않을 부분에 빛을 조사하는 공정이다. 현상은 노광에 의해 빛이 조사된 부분을 제거하는 공정을 의미한다.
상기 노광 및 현상 공정에 의해 코일부(제1 내지 제5 실시예의903 참조)가 형성될 부분에 마스크 패턴(1910)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(1910)에 의해 노출되는 도전체(1201) 부분이 식각될 수 있다.
도 18에 도시한 바와 같이, 식각(Etching) 공정을 통해 마스크 패턴(1910)이 형성되지 않은 부분에 대응되는 도전체(1201)이 식각될 수 있다. 식각은 마스크 패턴(1910)이 형성되지 않는 부분에 위치한 도전체(1201)와 화학 반응하는 물질을 이용하여 마스크 패턴(1910)이 형성되지 않는 부분에 위치한 도전체(1201)를 부식시켜 없애는 공정을 의미한다. 일 실시 예에서 도전체(1201)는 습식 또는 건식 식각에 의해 패터닝 될 수 있다.
도 19에 도시한 바와 같이, 마스크 패턴(1910)이 제거됨으로써, 코일패턴(제1 내지 제5 실시예의 904 참조)를 포함하는 코일부(903)와 제1 및 제2 단자(905a, 905b)이 형성될 수 있다.
한편, 실시예 따른 전자기기는 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 무선 전력 수신 수단이 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.
도 20는 실시예에 따른 전자기기의 분해 사시도이다.
이하의 도 20에 대한 설명에서 누락된 기술적 사항은 무선전력수신기(도 6의 800)로부터 변형이 가능하므로, 도 6으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 20를 참조하면, 실시예에 따른 전자기기(1000)는 커버(1150), 커버의 일측에 배치되는 무선충전코일모듈(1105) 및 무선충전코일모듈(1105)의 일측에 배치되는 배터리(1170)을 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 커버(1150)와 대응되는 또 다른 커버가 구비되어, 이들이 서로 체결될 수 있다. 도시되지 않았지만, 실시예에 따른 전자기기(1000)는 소정의 동작을 수행하기 위한 적어도 하나 이상의 전자 부품으로 구성된 적어도 하나 이상의 회로를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나 이상의 회로는 기판에 실장될 수 있다. 이러한 경우, 적어도 하나 이상의 회로는 배터리(1170)에 대면되는 기판의 반대면 상에 실장되어, 배터리(1170)의 발열에 영향을 받지 않게 된다. 커버(1150)와 또 다른 커버가 체결됨으로써, 이들 내부에 구비되는 무선충전코일모듈(1105), 배터리(1170) 및/또는 적어도 하나 이상의 회로가 보호될 수 있다.
무선충전코일모듈(1105)에 의해 예컨대, 무선전력송신기로부터 전력을 무선으로 입력받아 배터리(1170)에 충전될 수 있다. 아울러, 배터리(1170)의 전원에 의해 적어도 하나 이상의 회로가 구동되어 해당 전자기기(1000)의 다양한 기능이 수행될 수 있다.
무선충전코일모듈(1105)은 기판(1110), 제1 코일(1120), 제2 코일(1130), 차폐재(1140) 및 방열재(1160)를 포함한다. 실시예에 따른 전자기기(1000)는 이상에 설명된 구성 요소 중 일부가 생략되거나 다른 기능을 갖는 구성 요소가 더 추가될 수도 있다.
예컨대, 제1 코일(1120)과 제2 코일(1130)은 기판(1110) 상에 배치되고, 차폐재(1140)은 기판(1110)의 아래에 배치될 수 있다. 방열재(1160)은 차폐재(1140)의 아래에 배치될 수 있다. 아울러, 배터리(1160)가 방열재(1160)의 아래에 배치될 수 있다.
예컨대, 무선충전코일모듈(1105)의 방열이 용이한 경우, 방열재(1160)가 생략될 수도 있다.
구체적으로, 기판(1110)는 제1 코일(1120)과 제2 코일(1130)을 지지할 수 있다. 기판(1110)는 단층 구조로 이루어질 수 있으며, 다층 구조로 이루어질 수도 있다. 여기서, 기판(1110)는 PCB(Printed Circuit Board), FPCB(Flexible PCB) 및 필름(film)을 포함할 수 있다.
이러한 기판(1110)는 적어도 하나 이상의 슬릿(slit, 1117)과 적어도 하나의 브릿지(bridge, 1115)를 포함할 수 있다. 적어도 하나 이상의 슬릿(slit, 1117)에 의해 기판(1110)의 내부 영역과 외부 영역으로 구분될 수 있다. 이러한 경우, 제1 코일(1120)은 기판(1110)의 내부 영역에 배치되고, 제2 코일(1130)은 기판(1110)의 외부 영역에 배치될 수 있다. 적어도 하나 이상의 슬릿(1117)은 제1 코일(1120)의 둘레를 따라 기판(1110)에 형성될 수 있다.
브릿지(1115)는 기판(1110)의 일부로서, 슬릿(1117) 사이에 브릿지(1115)가 위치될 수 있다. 슬릿(1117)은 다양한 형상 예컨대 타원형 또는 다각형을 가질 수 있다.
제1 코일(1120)은 예컨대, 이상의 제1 내지 제5 실시예에서 설명된 무선충전코일패턴(904)일 수 있다. 제2 코일(1130)은 NFC나 MST일 수 있다. 다른 예로서, 제2 코일(1130)은 NFC이고 추가로 또 다른 코일이 기판(1110) 상에 배치될 수도 있다. 제2 코일(1130)은 제1 코일(1120)의 외측에 배치된다. 제2 코일(1130)은 제1 코일(1120)을 둘러쌀 수 있다.
차폐재(1140)는 제1 코일(1120)과 제2 코일(1130)을 격리시킬 수 있다. 차폐재(1140)는 제1 코일(1120)과 제2 코일(1130)을 무선 전력 수신 장치의 다른 구성들로부터 격리시킬 수 있다.
차폐재(1140)는 제1 차폐재(1141)와 제2 차폐재(1145)를 포함할 수 있다.
제1 차폐재(1141)은 제2 코일(1130)의 전자기장을 차폐시키기 위해 제공되는 것으로서, 적어도 제2 코일(1130)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다. 제2 차폐재(1145)는 제1 코일(1120)의 전자기장을 차폐시키기 위해 제공되는 것으로서, 적어도 제1 코일(1120)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다. 제2 차폐재(1145)는 기판(1110)과 제1 차폐재(1141) 사이에 배치될 수 있다. 제1 차폐재(1141)는 제2 차폐재(1145), 기판(1110), 제1 코일(1120) 및 제2 코일(1130)을 지지할 수 있다. 제2 차폐재(1145)는 기판(1110)에서 제1 코일(1120)을 지지할 수 있다.
이러한 제2 차폐재(1145)는 제1 차폐재(1141) 상에 적층된다.
제1 차폐재(1141)와 제2 차폐재(1145)는 서로 다른 물질적 특성을 가질 수 있다. 여기서, 제1 차폐재(1141)와 제2 차폐재(1145)는 서로 다른 투자율(permeability; μ)을 가질 수 있다. 제1 차폐재(1141)의 투자율이 제2 코일(1130)의 공진 주파수 대역에서 유지될 수 있다. 이를 통해, 제2 코일(1130)의 공진 주파수 대역에서, 제1 차폐재(1141)의 손실율이 억제될 수 있다. 또한 제2 차폐재(1145)의 투자율이 제1 코일(1120)의 공진 주파수 대역에서, 유지될 수 있다. 이를 통해, 제1 코일(1120)의 공진 주파수 대역에서 제2 차폐재(1145)의 손실율이 억제될 수 있다.
차폐재(1140)는 페라이트(ferrite) 재질을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉 차폐재(1140)는 금속 분말들과 수지 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 분말들은 연자성계 금속 분말들, 알루미늄(Al), 메탈 실리콘(metal silicon) 및 산화철(FeO; Fe3O4; Fe2O3) 등을 포함할 수 있다. 또한 수지 물질은 열가소성 수지, 예컨대 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 포함할 수 있다 제1 차폐재(1141)의 금속 분말들과 제2 차폐재(1145)의 금속 분말들은 서로 다른 종류로 이루어질 수 있다. 한편, 제1 차폐재(1141)의 금속 분말들과 제2 차폐재(1145)의 금속 분말들은 동일한 종류로 이루어질 수 있다. 다만, 제1 차폐재(1141)에서 금속 분말들의 중량비와 제2 차폐재(1145)에서 금속 분말들의 중량비가 다를 수 있다. 또는 제1 차폐재(1141)에서 금속 분말들의 혼합비와 제2 차폐재(1145)에서 금속 분말들의 혼합비가 다를 수 있다. 게다가, 제1 차폐재(1141)와 제2 차폐재(1145)는 동일한 두께를 가질 수 있으며, 서로 상이한 두께를 가질 수도 있다.
도시 하지 않았지면, 실시예에 따라 제1 차폐재(1141)와 제2 차폐재(1145)가 동일 물질로 일체로 형성될 수 있다.
도시 하지 않았지만, 실시예에 따라 제1 차폐재(1141)가 구멍을 가지고, 제1 차폐재(1141)의 구멍 내에 제2 차폐재(1145)가 배치될 수 있다.
방열재(1160)이 차폐재(1140)의 아래에 배치될 수 있다. 방열재(1160)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 방열재(1160)는 구리(Cu)로 이루어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
방열재(1160)의 적어도 하나 이상의 영역은 방열 통로를 위해 커버(1150)에 체결될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
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.
900, 910, 920, 930, 940, 11105: 무선충전코일모듈
901: 필름
903: 코일부
904, 904_1 내지 904_13: 코일
904a, 904b: 도선
905a, 905b: 단자
906: 중공부
907: 차폐재
909: 방열재
911: 슬릿
913a, 913b, 915a, 915b: 연결부
917: 연결라인
1000: 전자기기
11105: 무선충전코일모듈
1110: 기판
1115: 브릿지
1117: 슬릿
1120, 1130: 코일
1140, 1141, 1145: 차폐재
1150: 커버
1160: 방열재
1170: 배터리

Claims (35)

  1. 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하는 코일패턴을 포함하고,
    상기 코일 패턴은 제1 도선, 제2 도선 및 상기 제1 도선과 상기 제2 도선 사이에 제1 슬릿을 포함하고,
    상기 제1 도선의 일단과 상기 제2 도선의 일단은 연결되고,
    상기 제1 도선의 타단과 상기 제2 도선의 타단은 연결되고,
    상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 폭은 2δ±50㎛인 무선충전코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 폭은 2δ±5㎛인 무선충전코일.
  3. 상기 코일패턴은 복수의 권선라인을 포함하고,
    상기 복수의 권선라인 중 인접한 두 개의 권선라인 사이의 간격은 1δ이하인 무선충전코일.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 권선라인 중 인접한 두 개의 권선라인 사이의 간격은 200㎛이하인 무선충전코일.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 권선라인 중 인접한 두 개의 권선라인 사이의 간격은 150㎛이하인 무선충전코일.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 두께는 1δ이하인 무선충전코일.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 두께는 150㎛이하인 무선충전코일.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 두께는 120㎛ 이하인 무선충전코일.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬릿의 폭은 1δ이하인 무선충전코일.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 슬릿의 폭은 200㎛이하인 무선충전코일.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 슬릿의 폭은 150㎛이하인 무선충전코일.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 코일패턴의 내경은 20mm 이상인 무선충전코일.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 코일패턴의 외경은 50mm 이하인 무선충전코일.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 코일패턴의 턴수는 13턴인 무선충전코일.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 표피깊이는 하기의 수학식으로 나타내어지고,
    Figure pat00005
    ,
    δ는 표피깊이를 나타내고, μ는 투자율을 나타내며, σ는 도전율을 나타내고, f는 동작주파수를 나타내며,
    128kHz의 동작주파수에서 상기 표피깊이는 185㎛인 무선충전코일.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 3%이내인 무선충전코일.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 인덕턴스는 6.5H 이상인 무선충전코일.
  18. 제1항에 있어서,
    품질계수(Q)는 16이상인 무선충전코일.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도선의 일단과 상기 제2 도선의 일단을 연결시키는 제1 연결부; 및
    상기 제1 도선의 타단과 상기 제2 도선의 타단을 연결시키는 제2 연결부를 포함하는 무선충전코일.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연결부는 상기 제1 및 제2 도선과 일체로 형성되는 무선충전코일.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도선과 상기 제2 도선을 연결시키는 적어도 하나 이상의 연결라인을 포함하는 무선충전코일.
  22. 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하는 코일패턴; 및
    상기 코일패턴의 일측에 배치되는 차폐재;를 포함하고,
    상기 코일 패턴은 제1 도선, 제2 도선 및 상기 제1 도선과 상기 제2 도선 사이에 제1 슬릿을 포함하고,
    상기 제1 도선의 일단과 상기 제2 도선의 일단은 연결되고,
    상기 제1 도선의 타단과 상기 제2 도선의 타단은 연결되고,
    상기 제1 도선 및 상기 제2 도선 각각의 폭은 2δ±50㎛인 무선충전코일모듈.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 20%이내인 무선충전코일모듈.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 인덕턴스는 11H 이상인 무선충전코일모듈.
  25. 제22항에 있어서,
    품질계수(Q)는 22이상인 무선충전코일모듈.
  26. 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하고 복수의 권선라인을 포함하는 코일패턴을 포함하고,
    상기 복수의 권선라인 각각의 폭은 4δ 내지 5δ인 무선충전코일.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 권선라인 각각의 폭은 4.3δ인 무선충전코일.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 표피깊이는 하기의 수학식으로 나타내어지고,
    Figure pat00006
    ,
    δ는 표피깊이를 나타내고, μ는 투자율을 나타내며, σ는 도전율을 나타내고, f는 동작주파수를 나타내며,
    128kHz의 동작주파수에서 상기 표피깊이는 185㎛인 무선충전코일.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 5%이내인 무선충전코일.
  30. 제26항에 있어서,
    품질계수(Q)는 18이상인 무선충전코일.
  31. 제1 단자, 제2 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자를 연결하고 복수의 권선라인을 포함하는 코일패턴을 포함하고,
    상기 복수의 권선라인 각각의 폭은 4δ 내지 5δ인 무선충전코일모듈.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 표피깊이는 하기의 수학식으로 나타내어지고,
    Figure pat00007
    ,
    δ는 표피깊이를 나타내고, μ는 투자율을 나타내며, σ는 도전율을 나타내고, f는 동작주파수를 나타내며,
    128kHz의 동작주파수에서 상기 표피깊이는 185㎛인 무선충전코일모듈.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 교류저항과 직류저항의 비율은 50%이내인 무선충전코일모듈.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 인덕턴스는 11H 이상인 무선충전코일모듈.
  35. 제31항에 있어서,
    품질계수(Q)는 20 이상인 무선충전코일모듈.
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