KR20200010882A

KR20200010882A - 무선충전기용 tx 코일 구조체

Info

Publication number: KR20200010882A
Application number: KR1020180085487A
Authority: KR
Inventors: 권순재; 문동민; 정의국
Original assignee: 주식회사 켐트로닉스
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-01-31
Also published as: KR102098335B1

Abstract

본 발명은 무선 충전 시 발생하는 코일의 발열을 개선시킬 수 있는 무선충전기용 TX 코일 구조체에 관한 것이다. 본 발명의 무선충전기용 TX 코일 구조체는, 권취 방향에 대하여 외주부로 인출되어, 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 리드 와이어를 포함하는 TX 코일과, 일면에 상기 TX 코일이 적층되는 차폐재와, 상기 TX 코일과 상기 차폐재의 중간에서 TX 코일을 차폐재의 일면에 부착하여 밀착시키는 방열재를 포함한다.

Description

무선충전기용 TX 코일 구조체 {TX COIL STRUCTURE FOR WIRELESS CHARGER}

본 발명은 무선충전기용 TX 코일 구조체에 관한 것이다.

근래 들어 피처폰, 스마트폰 또는 스마트 패드 등과 같은 각종 휴대 단말기가 폭 넓게 사용되고 있는바, 전원으로서의 배터리를 유선충전기를 사용하여 충전함에 따르는 커넥터 연결 등의 번거로움을 해소하기 위한 방편으로 전자유도 원리를 이용한 무선충전기가 제안되어 있다.

본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 무선 충전 시 발생하는 코일의 발열을 개선시킬 수 있는 무선충전기용 TX 코일 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 충전 시 발생하는 TX 코일의 열이 차폐재로 용이하게 전달되도록 하여 TX 코일의 온도를 낮추기 위한 무선충전기용 TX 코일 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 권취 방향에 대하여 외주부로 인출되어, 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 리드 와이어를 포함하는 TX 코일; 일면에 상기 TX 코일이 적층되는 차폐재; 상기 TX 코일을 차폐재의 일면에 부착하는 방열재; 및 상기 방열재의 상면 및 하면에 각각 제공되는 상부 테이프 및 하부 테이프를 포함하고, 상기 상부 테이프는 상기 차폐재의 상면의 적어도 일부를 노출하는 오픈부를 포함하고, 상기 TX 코일 및 상기 방열재는 상기 오픈부 상에 제공되는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 차폐재는 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트 중 어느 하나를 포함하는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방열재는 에폭시(epoxy)로 이루어지는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방열재의 열전도율은 상기 상부 테이프의 열전도율보다 높은 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방열재는 상기 TX 코일과 차폐재의 부착면에 전체적으로 도포되는 것을 특징으로 하는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방열재는 상기 TX 코일의 권취 중앙에 도포되는 두께를 상기 TX 코일의 내측부 및 외측부 중 어느 하나에 도포되는 두께보다 더 얇게 도포하는 것을 특징으로 하는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 평면상에서 상기 오픈부의 면적은 상기 TX 코일의 면적보다 큰 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TX 코일은 복수 개 제공되고, 상기 복수 개의 TX 코일들 중 적어도 둘 사이에는 상기 방열재가 제공되는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TX 코일은 제1 TX 코일, 제2 TX 코일, 및 제3 TX 코일을 포함하고, 평면상에서 볼 때, 상기 제2 TX 코일은 상기 제1 TX 코일 및 상기 제3 TX 코일과 적어도 일부 영역이 중첩되는 형태로 제공되는 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 테이프 및 상기 하부 테이프의 두께는 0.05T인 무선충전기용 TX 코일 구조체가 제공된다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명의 무선충전기용 TX 코일 구조체는, 무선 충전 시 발생하는 TX 코일의 발열을 개선시켜 TX 코일의 온도를 낮출 수 있도록 함으로써, 인접한 변압기 및 그 주변 부품에서 발열에 의해 발생되는 결함을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, TX 코일의 발열을 개선시킬 수 있어, 고속 무선 충전기를 위한 큰 전력의 송신이 가능함으로써, 충전시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선충전기용 TX 코일 구조체의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에서 도시한 무선충전기용 TX 코일 구조체의 결합구성을 나타낸 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전기용 TX 코일 구조체의 상면도이고, 도 3b는 도 3a의 A1-A1' 단면도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선충전기용 전력 전송(TX) 코일 구조체에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선충전기용 TX 코일 구조체의 분해 사시도이다.

도 1에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 TX 코일 구조체는 TX 코일(100), 방열재(200), 차폐재(400)를 포함한다. 그리고 TX 코일 구조체는 차폐재(400)의 상부 및 하부에 부착되는 상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)를 포함한다.

TX 코일(100)은 전력을 무선으로 수신 장치에 보내는 기능을 수행한다. 구체적으로, TX 코일(100)은 전력을 무선으로 수신하는 수신 장치 내의 수신 코일과 정렬되었을 때, 수신 코일 측으로 전력을 송출한다.

TX 코일(100)은 WPC 표준에 따라, 선택 단계(Selection Phase), 핑 단계(Ping Phase), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase), 및 파워 전송 단계(Power Transfer Phase)를 순차적으로 거쳐 수신 장치로 전력을 송출할 수 있다.

TX 코일(100)이 전력을 송출하는 각 단계에 대하여 더 자세히 살펴보면, 선택 단계에서는 전력 송출이 시작될 수 있다. 아울러 선택 단계에서 전력 송출이 유지되는 중 특정 오류 또는 이벤트가 감지되면 핑 단계로 단계가 변경될 수 있다. 예를 들어, TX 코일 구조체 상에 물체가 존재하는 것을 감지한 경우 선택 단계에서 핑 단계로 단계가 변경될 수 있다. 선택 단계에서 TX 코일 구조체는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송할 수 있으며, TX 코일의 전류 변화에 기반하여 TX 코일 구조체의 활성 영역 상에 물체가 존재하는지 감지할 수 있다.

다음으로, 핑 단계에서 TX 코일(100)은 수신 장치를 활성화 시키고, 수신 코일이 WPC 표준에 호환되는지 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계에서 TX 코일(100)이 기 전송한 디지털 핑에 대한 응답을 수신하지 못하거나 충전 완료 신호를 수신하면, 핑 단계에서 다시 선택 단계로 단계가 변경될 수 있다.

다음으로, 식별 및 구성 단계에서는 수신 장치를 식별하고 수신 장치의 구성 및 상태 정보를 수집한다. 식별 및 구성 단계에서 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계로 단계가 변경될 수 있다.

다음으로, 수신 장치에 대한 식별 및 구성이 완료된 후, TX 코일(100)은 파워 전송 단계로 상태가 변경될 수 있다. 파워 전송 단계에서 TX 코일(100)로부터 수신 장치로 전력이 송출될 수 있다. 파워 전송 단계에서, 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동 안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계로 단계 변경될 수 있다 또한, TX 코일 구조체 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 파워 전송 단계에서 식별 및 구성 단계로 단계가 변경될 수 있다.

이상에서는 TX 코일(100)이 WPC 표준에 따라 전력을 무선 송출하는 방법에 대하여 살펴보았다. 그러나, 실시예에 따라 TX 코일(100)은 PMA 표준에 따라 대기 단계(Standby Phase), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase), 식별 단계(Identification Phase), 파워 전송 단계(Power Transfer Phase), 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase)를 거쳐 전력을 무선 송출할 수도 있다.

TX 코일(100)은 원주방향으로 수회 권취된 형상을 가질 수 있다. 아울러, 권취된 형상의 TX 코일(100)은 내부에 빈 공간을 포함하는 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, TX 코일(100)은 도넛 형태를 가질 수 있다. TX 코일(100)이 권취된 형상은 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 마름모 등 다양할 수 있다. TX 코일(100)의 권취된 형상은 TX 코일 구조체 및 TX 코일 구조체를 포함하는 무선 충전 장치의 형상에 따라 달라질 수 있다.

TX 코일(100)은 1개 또는 복수 개 제공될 수 있다. 도 1에서는 1개의 코일로 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 TX 코일로 구성될 수 있다. TX 코일(100)이 복수 개 제공 되는 경우 복수 개의 TX 코일은 적어도 일부 영역이 서로 중첩되는 형태로 제공될 수 있다.

TX 코일(100)은 예를 들어 3개 제공될 수 있는데, 3개의 TX 코일(100)은 케이스 내부에 수납되는 형태로 제공될 수 있다. 3개의 TX 코일(100)은 각각 다시 좌측에 배치된 좌측 코일, 좌측 코일에 인접한 동일 평면상에서 우측에 배치된 우측 코일 및 좌측 코일과 우측 코일의 상면에 좌측 코일 및 우측 코일과 중첩되도록 얹혀지는 중앙 코일로 이루어질 수 있다. 복수 개의 TX 코일(100)을 제공함으로써, 보다 넓은 면적 상에서 무선 전력 송출을 제공할 수 있다.

TX 코일(100)은 권취 방향에 대하여 외주부로 인출되어, 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결되는 2개의 리드 와이어(101)를 포함할 수 있다.

TX 코일(100)로부터는 열이 발생될 수 있다. 구체적으로, 평면 코일인 TX 코일(100)을 사용하는 경우, TX 코일(100)을 통과하는 자속이 기기 내부의 기판 등에 연결될 수 있고, 전자기 유도에 의해 발생하는 와전류에 의해 장치 내부가 가열될 수 있다. 이러한 TX 코일(100)에 의한 발열은 전력 송출 속도가 빨라질수록 커질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이하에서 살펴볼 것과 같이 열 전도율이 높은 차폐재(400) 및 방열재(200)를 TX 코일(100) 상에 제공함으로써, TX 코일(100)로부터 발생하는 열을 빠르게 제거할 수 있고 이에 따라 고속 무선 충전이 가능하다.

차폐재(400)는 TX 코일(100)에서 발생하는 자기장을 차폐하는 동시에, TX 코일(100)에서 발생하는 열을 흡수하여 방열할 수 있다.

차폐재(400)는 TX 코일(100)에서 발생하는 자기장을 차폐하기 위하여, 차폐층을 포함할 수 있다. 차폐재(400)가 포함하는 차폐층은 자성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 차폐층은 MnZn 페라이트, NiZn 페라이트, 비정질 리본, 나노 결정립 합금 리본, 자성분말 등이 포함된 고분자 시트를 포함할 수 있다. 아울러, 차폐층은 와전류 발생을 억제하도록 다수의 미세조각으로 분리된 형태로 제공될 수 있다.

차폐재(400)는 방열을 위하여 열전도층을 포함할 수 있다. 열전도층은 Cu, Ag, Ni, Al, 전도성 카본(Carbon), 전도성 카본 블랙(Carbon Black), ㅋ탄소나노튜브(CNT), 전도성 폴리머(PDOT) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 높은 열 전도율을 갖기 때문에 TX 코일(100)에서 발생하는 열을 흡수하고 공기 중으로 방출할 수 있다.

차폐재(400)에 포함된 차폐층과 열전도층은 서로 분리될 수 있는 2개의 층으로 제공될 수 있다. 차폐층과 열전도층이 2개의 층으로 제공되는 때, 차폐층의 두께는 약 20㎛ 내지 약 300㎛일 수 있고, 열전도층의 두께는 약 30㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다.

방열재(200)는 TX 코일(100)과 차폐재(400)의 중간에서 TX 코일(100)을 차폐재(400)의 일면에 부착하여 밀착시킨다. 방열재(200)는 TX 코일(100)과 차폐재(400)의 중간에서 TX 코일(100)과 차폐재(400)를 밀착시켜, TX 코일(100)에서 발생되는 열이 차폐재(400)로 보다 용이하게 전도되도록 한다.

방열재(200)는 에폭시(Epoxy) 수지, 아크릴레이트 점착 레진, 실리콘 점착 레진, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 비닐 초산, 이소보르닐 아크릴레이트(IBOA), 이소보르닐 메타아크릴레이트(IBOMA), 사이클로헥실 (메타)아크릴레이트, 사이클로펜틸 (메타)아크릴레이트, 이소프렌계 러버 등을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열재(200)는 에폭시로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열재(200)는 열 전도율이 높다. 따라서, 방열재(200)는 TX 코일(100)에서 발생되는 열이 차폐재(400)로 전도되는 연결 통로로 기능할 수 있다. 종래에는 TX 코일(100)과 차폐재(400)를 부착시키기 위해 TX 코일(100)과 차폐재(400) 사이 부직포 테이프를 배치하였는데, 부직포 테이프는 열 전도율이 낮기 때문에 본 발명에 따른 방열재(200)와 같이 히트 싱크(Heat Sink)로 기능할 수 없었다.

방열재(200)는 TX 코일(100)의 권취 중앙에 도포될 수 있다. 방열재(200)를 TX 코일(100) 권취 중앙 및 주변부에 제공하는 경우, TX 코일(100)의 권취 중앙에 도포되는 방열재(200)의 두께는 TX 코일(100)의 내측부 및 외측부 중 어느 하나에 도포되는 두께보다 더 얇을 수 있다. 방열재(200)의 두께 차이로 인하여, TX 코일(100) 내측부 및/또는 외측부보다 TX 코일(100) 권취 중앙을 통해 보다 많은 열이 배출될 수 있다. TX 코일(100)의 내측부 및 외측부 온도보다 권취 중앙의 온도가 더 높아지므로 TX 코일(100)에서 발생되는 열이 보다 용이하게 차폐재(400)로 전도될 수 있다.

방열재(200)는 점도가 높은 액체 타입으로 TX 코일(100)과 차폐재(400)를 부착 할 때에 제품을 밀착시키면서 TX 코일(100)에 방열재(200)가 넓게 퍼져서 부착될 수 있다. 따라서, 방열재(200)의 폭이 TX 코일(100)의 폭보다 상대적으로 작은 경우에도, 적층 이후 TX 코일(100)의 넓은 영역 상에 방열재(200)가 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 TX 코일(100) 권취 중앙에 TX 코일(100) 내측부 및/또는 외측부보다 방열재(200)를 두껍게 제공하고자 하는 경우, 방열재(200)의 직경을 상대적으로 넓게 구성할 수 있다. 이에 따라, TX 코일(100)과 방열재(200)가 만나 방열재(200)가 퍼지는 과정에서, TX 코일(100) 권취 중앙 쪽으로 적은 양의 방열재(200)가 밀려들어갈 수 있다. 따라서, TX 코일(100) 권취 중앙에는 상대적으로 방열재(200)가 얇게 제공될 수 있다.

방열재(200)는 복수 개의 TX 코일들(100)을 연결, 고정할 수도 있다. 예를 들어, 3개의 TX 코일들(100)을 제공하는 때, 차폐재(400)의 상면에 방열재(200)를 도포한 상태에서 좌측 TX 코일(100)과 우측 TX 코일(100)을 차폐재(400)에 부착할 수 있다. 이어서, 좌측 TX 코일(100)과 우측 TX 코일(100)의 상면에 방열재(200)를 도포한 후에 중앙 TX 코일(100)을 부착할 수 있다. 방열재(200)는 TX 코일들(100) 사이에서 열 전도체로 기능할 수 있다.

상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)는 각각 차폐재(400)의 상면 및 하면에 제공될 수 있다. 이때 차폐재(400)의 상면이란 TX 코일(100)과 마주하는 면을 의미하며, 차폐재(400)의 하면은 차폐재(400)의 상면의 배면을 의미할 수 있다.

상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)는 미세 조각으로 이루어진 차폐재(400)로부터 파편이 이탈하고 분진이 발생하는 것을 차단한다.

상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)의 형태 및 크기는 차폐재(400)의 형태 및 크기와 대응될 수 있다. 예를 들어, 상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)와 차폐재(400)의 크기 비는 1:1일 수 있다.

상부 테이프(300)의 열 전도율은 방열재(200)의 열전도율보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 열은 상부 테이프(300)보다 방열재(200)를 통하여 더 빠르게 이동할 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 상부 테이프(300)의 일부가 제거된 오픈부(310) 상에 방열재(200)가 제공되었을 때, 방열재(200)가 제공된 부분은 TX 코일(100)로부터 발생한 열이 빠르게 이동하는 히트 싱크(Heat Sink)로 기능할 수 있다.

상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)의 두께는 약 0.05T일 수 있다. 상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500) 가 상술한 두께를 가짐으로써, 열 전도를 크게 떨어트리지 않으면서도, 차폐재(400)로부터 파편이 이탈하고 분진이 발생하는 것을 차단할 수 있다.

상부 테이프(300)는 TX 코일(100)과 차폐재(400) 사이에 제공되는데, 상부 테이프(300)가 TX 코일(100)로부터 발생된 열이 차폐재(400)로 전달되는 것을 방해하는 것을 막기 위해, TX 코일(100)과 차폐재(400)가 맞닿는 면에는 상부 테이프(300)가 제공되지 않을 수 있다.

상부 테이프(300)는 따라서, TX 코일(100)의 형상과 대응되는 오픈부(310)를 포함할 수 있다. 상부 테이프(300)의 오픈부(310)는 상부 테이프(300)의 일부 영역이 제거된 것일 수 있다. 예를 들어, 오픈부(310)를 포함하지 않는 상부 테이프(300)를 차폐재(400)의 상면 상에 제공하고, TX 코일(100)이 제공될 영역에 존재하는 상부 테이프(300)를 제거함으로써, 오픈부(310)가 형성될 수 있다.

오픈부(310)의 크기는 TX 코일(100)의 크기보다 클 수 있다. 예를 들어, 평면상에서 보았을 때, 오픈부(310)의 면적은 TX 코일(100)의 면적보다 클 수 있다. 오픈부(310)와 TX 코일(100) 사이에는 점착성을 갖는 방열재(200)가 제공되기 때문에, 오픈부(310) 상에 제공된 차폐재(400)로부터 비산할 수 있는 파편 또는 먼지는 방열재(200)에 의해 붙잡힐 수 있다.

상부 테이프(300)와 하부 테이프(500)는 이형지를 포함하는 형태로 제공될 수 있으며, 이형지는 상부 테이프(300)와 하부 테이프(500)를 각각 차폐재(400) 상에 제공한 후에 제거될 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 가요성(Flexibility) 있는 상부 테이프(300) 및 하부 테이프(500)를 접히지 않도록 하면서도 손쉽게 차폐재(400) 상에 제공할 수 있다. 상술한 이형지는 투명 필름일 수 있으며, 투명 필름은 코팅지처럼 휘어짐이 적은 재질일 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리스타이렌(PS), 폴리바이닐클로라이드(PVC), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 아디프산 폴리에틸렌(PEA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, ABS 수지, 멜라민 수지, 우레탄 수지, 불소수지 등이 이형지로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, TX 코일(100)이 높은 열 전도성을 갖는 방열재(200)를 통해 차폐재(400)에 직접 부착된다. 이에 따라, TX 코일(100)에서의 발생되는 열은 방열재(200)를 통해 차폐재(400)로 직접 전달되며 열이 빠르게 TX 코일(100)로부터 제거될 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전기용 TX 코일 구조체는 TX 코일의 발열을 개선시킬 수 있어, 고속 무선 충전기를 위한 큰 전력의 송신이 가능함으로써 충전시간을 줄일 수 있게 된다.

도 2는 도 1에서 도시한 무선충전기용 TX 코일 구조체의 결합구성을 나타낸 구성도이다.

도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명의 TX 코일 구조체는 TX 코일(100)과 차폐재(400)의 중간에 방열재(200)가 도포되고, TX 코일(100)을 차폐재(400)의 일면에 부착하여 밀착된다.

종래 기술에 따르면, TX 코일(100)로부터 발생하는 열을 제거하기 위하여 무선 충전기 내에 발열 팬(fan)을 적용하고 있다. 그러나, 발열 팬의 두께로 인해 무선 충전기의 제품 두께가 증가하게 되어 제품 디자인에 제한이 생기기 되었다. 특히, 발열 팬을 동작시킴으로 인해서 소음 및 무선충전 이외의 추가적인 전력 소모가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열재(200) 및 차폐재(400)를 제공함으로써 팬 없이도 TX 코일(100)로부터 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있다. 구체적으로, 방열재(200)는 TX 코일(100)의 권취 중앙으로 도포되고, TX 코일(100)이 차폐재(400)에 부착되면서 전체적으로 방열재(200)가 TX 코일(100)에 전체적으로 도포될 수 있다. 또한, 차폐재(400)의 양면에 부착되어있는 상부 테이프(300)는 TX 코일(100)에 부착되는 부분에 오픈부(310)를 형성하여 TX 코일(100)이 방열재(200)를 통해 차폐재(400)에 직접 부착됨으로 인해서 TX 코일(100)에서의 발생되는 열이 방열재(200)를 통해 차폐재(400)로 직접 전달되어 열을 분산을 최대화 시킬 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전기용 TX 코일 구조체의 상면도이고, 도 3b는 도 3a의 A1-A1' 단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 따르면, 무선충전기용 TX 코일 구조체는 제1 TX 코일(100a), 제2 TX 코일(100b), 제3 TX 코일(100c)을 포함한다. 평면 상에서 제1 TX 코일(100a)은 좌측에, 제3 TX 코일(100c)은 우측에, 제2 TX 코일(100b)은 중앙에 배치될 수 있다. 아울러, 중앙에 배치된 제2 TX 코일(100b)은 적어도 일부가 제1 TX 코일(100a) 및 제3 TX 코일(100c)과 중첩되는 형태로 제공될 수 있다.

제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)이 상술한 형태로 제공됨으로써, 보다 넓은 면적 상에서 무선 전력 송출을 제공할 수 있다. 무선 전력 송출하는 면적이 넓어짐에 따라, 시간당 무선 전력 송출량이 증가할 수 있다.

제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)의 형상은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100c)은 모두 원형 모향으로 권취된 형태를 가질 수 있다. 또는 제1 TX 코일(100a)과 제3 TX 코일(100c)은 권취된 원형 형태를 갖고, 제2 TX 코일(100b)은 제1 TX 코일(100a) 및 제3 TX 코일(100c)과의 중첩 면적을 넓히기 위하여 권취된 타원 또는 직사각형 형태로 제공될 수도 있다.

상부 테이프(300)는 제1 오픈부 내지 제3 오픈부(310a, 310b, 310c)를 포함할 수 있다. 제1 오픈부 내지 제3 오픈부(310a, 310b, 310c)는 각각 제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)이 중첩된 모습과 대응되는 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 오픈부(310b)는 제1 오픈부(310a) 및 제3 오픈부(310c)와 측면 일부가 합쳐진 형태로 제공될 수 있다. 제1 오픈부 내지 제3 오픈부(310a, 310b, 310c)가 상술한 형태로 제공됨에 따라, 제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)로부터 발생되는 열이 상부 테이프(300)에 의해 방해 받지 않고 차폐재(400)로 빠져나갈 수 있다.

제1 방열재 내지 제3 방열재(200a, 200b, 200c)는 제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)을 고정하는 동시에, 제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)로부터 발생한 열을 차폐재(400)로 전달하기 위해 제공될 수 있다. 이를 위하여, 제1 방열재(200a)와 제3 방열재(200c)는 각각 제1 TX 코일(100a)과 차폐재(400) 사이, 제3 TX 코일(100c)과 차폐재(400) 사이에 제공될 수 있다. 제1 방열재(200a) 및 제3 방열재(200c)는 상술한 것과 같이 점착성을 가지며 열 전도율이 높기 때문에, 제1 TX 코일(100a)과 제3 TX 코일(100c)을 차폐재(400) 상에 고정하는 동시에 열을 전도하는 통로로 기능할 수 있다.

제2 방열재(200b)는 제1 TX 코일(100a) 및 제3 TX 코일(100c)과 제2 TX 코일(100b) 사이에 제공될 수 있다. 제2 방열재(200b) 역시 점착성을 가지는 바, 제2 TX 코일(100b)을 제1 TX 코일(100a)과 제3 TX 코일(100c) 상에 고정시킬 수 있다. 아울러, 제2 TX 코일(100b) 로부터 발생되는 열은 제2 방열재(200b) 및 제1 TX 코일(100a)과 제3 TX 코일(100c)을 통해 차폐재(400)로 빠져나갈 수 있다.

무선충전기용 TX 코일 구조체가 상술한 형태를 가짐에 따라, 제1 TX 코일 내지 제3 TX 코일(100a, 100b, 100c)이 중첩되어 제공되는 경우에도 열을 효율적으로 제거할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 TX 코일(100)과 차폐재(400)가 부직포 테이프에 의하여 접착되는 경우에 비해, 열 제거 효율이 매우 뛰어나다. 이하에서는 실시예와 비교예에 따른 TX 코일 구조체의 열 제거 효율에 대하여 살펴보고자 한다.

[실시예 1]

'TX 코일-방열재-오픈부를 포함하는 상부 테이프-차폐재-하부 테이프'를 포함하는 TX 코일 구조체. TX 코일과 차폐재 사이에는 방열재가 제공되며, 상부 테이프가 제공되지 않음.

[비교예 1]

'TX 코일-부직포 테이프-차폐재-하부 테이프'를 포함하는 TX 코일 구조체. TX 코일과 차폐재 사이에는 부직포 테이프가 제공됨.

	실시예 1	비교예 1
TX 코일과 차폐재의 온도 차이	약 1℃ ~ 2℃	약 6℃ ~ 7℃

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 구성을 포함하는 실시예 1에 따른 TX 코일 구조체를 이용하면 TX 코일과 차폐재의 온도 차이가 약 1℃ 내지 약 2℃ 정도밖에 나지 않았다.

이와 비교하여, 비교예 1에 따른 TX 코일 구조체를 이용하면 TX 코일과 차폐재의 온도 차이가 약 6℃ 내지 약 7℃ 정도 나는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 실시예 1에 따른 TX 코일 구조체를 이용하면, TX 코일로부터 발생하는 열이 빠르게 차폐재로 이동하고, 이에 따라 TX 코일에서 발생한 열이 외부로 제거될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 비교예 1에 따른 TX 코일 구조체를 이용하면, TX 코일로부터 발생한 열이 차폐재로 빠르게 빠져나가지 못해, TX 코일의 온도가 차폐재의 온도보다 약 6℃ 이상 높은 것을 확인할 수 있었다.

이는 TX 코일의 열화 및 TX 코일 구조체의 성능 불량, 무선 충전 불량을 야기하는 원인이 될 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: TX 코일 200: 방열재
300: 상부 테이프 400: 차폐재
500: 하부 테이프

Claims

권취 방향에 대하여 외주부로 인출되어, 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 리드 와이어를 포함하는 TX 코일;
일면에 상기 TX 코일이 적층되는 차폐재;
상기 TX 코일을 상기 차폐재의 일면에 부착하는 방열재; 및
상기 방열재의 상면 및 하면에 각각 제공되는 상부 테이프 및 하부 테이프를 포함하고,
상기 상부 테이프는 상기 차폐재의 상면의 적어도 일부를 노출하는 오픈부를 포함하고,
상기 TX 코일 및 상기 방열재는 상기 오픈부 상에 제공되는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 차폐재는 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트 중 어느 하나를 포함하는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 방열재는 에폭시(epoxy)로 이루어지는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 방열재의 열전도율은 상기 상부 테이프의 열전도율보다 높은 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 방열재는 상기 TX 코일과 차폐재의 부착면에 전체적으로 도포되는 것을 특징으로 하는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 방열재는 상기 TX 코일의 권취 중앙에 도포되는 두께를 상기 TX 코일의 내측부 및 외측부 중 어느 하나에 도포되는 두께보다 더 얇게 도포하는 것을 특징으로 하는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
평면상에서 상기 오픈부의 면적은 상기 TX 코일의 면적보다 큰 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 TX 코일은 복수 개 제공되고,
상기 복수 개의 TX 코일들 중 적어도 둘 사이에는 상기 방열재가 제공되는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제8항에 있어서,
상기 TX 코일은 제1 TX 코일, 제2 TX 코일, 및 제3 TX 코일을 포함하고, 평면상에서 볼 때, 상기 제2 TX 코일은 상기 제1 TX 코일 및 상기 제3 TX 코일과 적어도 일부 영역이 중첩되는 형태로 제공되는 무선충전기용 TX 코일 구조체.
제1항에 있어서,
상기 상부 테이프 및 상기 하부 테이프의 두께는 0.05T인 무선충전기용 TX 코일 구조체.