KR20200076304A - 무선충전코일 및 무선충전장치 - Google Patents

무선충전코일 및 무선충전장치 Download PDF

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Abstract

무선충전코일은 중공부와, 중공부를 둘러싸고 복수의 턴을 갖는 도선을 포함하는 코일부를 포함한다.
도선은 수직으로 중첩되는 복수의 도전체와, 도전체 사이에 배치되는 절연체를 포함할 수 있다. 도전체와 절연체가 접촉되고, 도전체의 폭과 절연체의 폭은 5% 내지 10%의 오차 범위를 가질 수 있다.

Description

무선충전코일 및 무선충전장치{Wireless charging coil and wireless charging device}
실시예는 무선충전코일 및 무선충전장치에 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.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 무선충전코일 및 무선충전장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 자기장의 세기를 증가시킬 수 있는 무선충전코일 및 무선충전장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 무선 충전 영역을 확장시킬 수 있는 무선충전코일 및 무선충전장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 두께 및/또는 폭을 줄일 수 있는 무선충전코일 및 무선충전장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 제조가 용이한 무선충전코일 및 무선충전장치를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 무선충전코일은, 중공부; 및 상기 중공부를 둘러싸고 복수의 턴을 갖는 도선을 포함하는 코일부;를 포함한다. 상기 도선은, 수직으로 중첩되는 복수의 도전체; 및 상기 도전체 사이에 배치되는 절연체;를 포함할 수 있다. 상기 도전체와 상기 절연체가 접촉되고, 상기 도전체의 폭과 상기 절연체의 폭은 5% 내지 10%의 오차 범위를 가질 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 무선충전장치는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 차폐재; 및 상기 차폐재 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 무선충전코일;을 포함한다. 상기 무선충전코일은, 중공부; 및 상기 중공부를 둘러싸고 복수의 턴을 갖는 도선을 포함하는 코일부;를 포함할 수 있다. 상기 도선은, 수직으로 중첩되는 복수의 도전체; 및 상기 도전체 사이에 배치되는 절연체;를 포함할 수 있다. 상기 도전체와 상기 절연체가 접촉되고, 상기 도전체의 폭과 상기 절연체의 폭은 5% 내지 10%의 오차 범위를 가질 수 있다.
실시예에 따른 무선충전코일 및 무선충전장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 도선이 복수의 도전체와 이들 사이에 배치된 절연체로 구성됨으로써, 자기장의 세기를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 도선이 복수의 도전체와 이들 사이에 배치된 절연체로 구성됨으로써, 무선 충전 영역을 확장시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 도선이 복수의 도전체와 이들 사이에 배치된 절연체로 구성됨으로써, 두께 및/또는 폭을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 미리 준비된 도전 시트를 대상으로 펀칭 공정을 수행하여 복수의 도전체와 이들 사이에 배치된 절연체로 구성된 도선이 제조될 수 있어, 제조 공정이 간단하고 제조가 용이할 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 1은 실시예에 따른 무선충전시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 무선전력송신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 무선전력송신기와 연동되는 무선전력수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 실시예에 따른 무선전력송신기의 분해사시도이다.
도 5는 실시예에 따른 무선충전코일을 도시한다.
도 6은 도 5의 무선충전코일에서 H-H'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 5의 무선충전코일에서 I-I'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 도 5의 무선충전코일에서 J-J'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9는 비교예와 실시예에 따른 무선충전코일에서의 자기장 세기를 보여준다.
도 10은 실시예에 따른 무선충전코일에서 도전체 사이의 간격에 따른 자기장 세기를 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선전력 충전 시스템상에서 무선전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선전력송신기, 무선전력 송신 장치, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선전력전송 장치, 무선전력전송이기, 무선충전장치 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. 특히, 전자기유도 방식을 지원하는 무선전력수신기는 무선충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기유도 방식의 무선충전 기술을 포함할 수 있다. 또한 전자기공진 방식을 지원하는 무선전력수신기는 무선충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선충전 기술을 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 실시예에 따른 무선전력송신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선전력송신기(200)는 크게, 전력변환부(210), 전력전송부(220), 무선충전 통신부(230), 제어부(240), 센싱부(250), 근거리통신부(270) 및 무선통신코일(280)을 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 무선전력송신기(200)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그 보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전력변환부(210)는 전원부(260)로부터 전원이 공급되면, 이를 기 설정된 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력변환부(210)는 DC/DC 변환부(211) 및 증폭기(212)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(211)는 전원부(260)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(240)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(250)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(240)에 제공할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 센싱부(250)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(250)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 센싱부(250)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선전력송신기(200)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(240)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 센싱부(250)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 전력전송부(220)의 송신코일의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 센싱부(250)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(250)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(210)의 일측에는 전원부(250)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(212)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 전력 차단 회로가 구비될 수도 있다. 다른 예로, 제어부(240)는 센싱부(250)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 전력전송부(220)에 제공되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 무선전력송신기(200)는 과열로 인해 내부 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
증폭기(212)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(240)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 무선충전 통신부(230)를 통해 무선전력수신기(도 3의 300)의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(212)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전력전송부(220)는 증폭기(212)의 출력 전력이 송신코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(221)(또는 멀티플렉서), 무선충전코일모듈(222)을 포함하여 구성될 수 있다. 무선충전코일모듈(222)은 제1 내지 제n 송신코일-을 포함하여 구성될 수 있다 또한, 전력전송부(220)는 전력 전송을 위한 특정 동작 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 포함할 수도 있다.
반송파 생성기는 다중화기(221)를 통해 전달 받은 증폭기(212)의 출력 DC 전력을 특정 주파수를 갖는 AC 전력으로 변환하기 위한 특정 주파수를 생성할 수 있다. 이상의 설명에서는 반송파 생성기에 의해 생성된 교류 신호가 다중화기(221)의 출력단에 믹싱되어 교류 전력이 생성되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 증폭기(212) 이전단 또는 이후단에 믹싱될 수도 있음을 주의해야 한다.
실시예에 따른 제어부(240)는 복수의 무선전력수신기가 연결된 경우, 송신코일 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 송신코일-즉, 제1 내지 3 송신코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(240)는 다중화기(221)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신코일을 통해 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선전력수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신코일 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 송신코일(222)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(221)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(240)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(255)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(221)를 제어하여 해당 송신코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(255)는 핑 전송 단계 동안 기 설정된 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(240)에 송출할 수 있으며, 제어부(240)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 다중화기(221)를 제어하여 해당 송신코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(232)로부터 어느 송신코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 송신코일 식별자 및 해당 송신코일을 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 송신코일(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 송신코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신코일로 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, 펄스폭변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(232)는 송신코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(240)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선전력전송 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 송신코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신코일에 상응하는 송신코일 식별자를 제어부(240)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기(200)는 무선전력전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선전력수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선전력송신기(200)는 송신코일(222)을 이용하여 무선전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신코일(222)을 통해 무선전력수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선전력송신기(200)는 송신코일(222)-즉, 제1 내지 제n 송신코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선전력수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
또한, 무선전력송신기(200)는 근거리통신부(270)를 포함할 수 있다. 근거리통신부(270)는 무선전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication) 방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency IDentification; RFID) 기술 중의 하나로 13.56MHz의 주파수를 이용하여 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선통신 기술이다.
또한, 무선전력송신기(200)는 무선전력수신기와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신하는 무선통신코일(280)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 무선전력송신기와 연동되는 무선전력수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선전력수신기(300)는 무선충전코일모듈(310), 정류기(320), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 330), 부하(340), 센싱부(350), 무선충전 통신부(360), 주제어부(370), 근거리통신부(380), 무선통신코일(390)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 무선충전 통신부(360)는 복조부(361) 및 변조부(362) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 무선전력수신기(300)는 근거리통신부(380)를 포함할 수 있다. 근거리통신부(380)는 무선전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication) 방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency IDentification; RFID) 기술 중의 하나로 13.56MHz의 주파수를 이용하여 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선통신 기술이다.
또한, 무선전력수신기(300)는 무선전력송신기(200)와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신하는 무선통신코일(390)을 포함할 수 있다.
무선충전코일모듈(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 무선충전코일모듈(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 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. 또한, 센싱부(350)는 무선전력 수신에 따라 수신코일(310)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(370)에 전송할 수도 있다. 일 예로, 주제어부(370)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 기 설정된 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 패킷을 생성하여 변조부(362)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(362)에 의해 변조된 신호는 수신코일(310) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선전력송신기(200)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(370)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 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 무선전력송신기(200)에 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. 이때, 주제어부(370)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(362)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 센싱부(350)는 무선전력수신기(300)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(370)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 센싱부(350)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 충전 코일 모듈(310)의 수신코일의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 주제어부(370)는 측정된 내부 온도가 기준치와 비교하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과열이 발생된 경우, 과열이 발생되었음을 알리는 패킷을 생성하여 변조부(362)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(362)에 의해 변조된 신호는 수신코일(310) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선전력송신기(200)에 전송될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 무선전력송신기의 분해사시도이다.
실시예에 따른 무선전력송신기는 도 1에 도시된 무선전력송신기(10)이나 도 2에 도시된 무선전력송신기(200) 일 수 있다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 무선충전장치는 제1 브라켓(400), 제1 기판(500), 제2 브라켓(600), 차폐재(605), 무선충전코일(610) 및 제2 기판(700)을 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 무선충전장치의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그 보다 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 무선충전코일(610)을 구동하거나 제어하기 위한 각 종 회로부가 실장될 수 있다. 예컨대, 회로부로는 도 2에 도시된 다중화기(221), 무선충전통신부(230), 타이머(255), 센싱부(250), 제어부(240)가 있고, 도 3에 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), 무선충전코일(610) 등을 지지할 수 있다. 또한, 제1 기판(500)의 면적은 무선충전코일(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 무선충전코일(610) 및 제2 기판(700)의 회로부에 전기적으로 접속될 수 있다. 단자부는 다수의 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 하부 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.
무선충전코일(610)의 자기장을 충분히 차폐하기 위해 차폐재(605)의 면적은 무선충전코일(610)의 면적보다 클 수 있다.
차폐재(605) 상에 무선충전코일(610)이 배치될 수 있다. 무선충전코일(610)은 하나 이상의 무선충전코일(620 내지 640)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 무선충전코일(620 내지 640)은 무선전력송신기의 하나 이상의 송신코일이거나 무선전력수신기의 하나 이상의 수신코일일 수 있다. 또한, 무선충전코일(610)이 복수일 경우, 각각의 무선충전코일(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 무선충전코일(620 내지 640)은 동일한 인덕턴스를 구비할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 인덕턴스를 구비할 수 있다. 또한, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)은 하나 이상의 층으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)은 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)을 포함할 수 있다. 제2 무선충전코일(630)과 제3 무선충전코일(640)은 동일한 층 즉, 제1 층에 서로 나란하게 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 무선충전코일(620)은 제1 층과 상이한 제2 층에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 무선충전코일(620)의 일부 영역은 제2 무선충전코일(630)의 일부 영역과 중첩되고 다른 영역은 제3 무선충전코일(640)의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같이, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)을 서로 다른 층에 배치하여 무선전력을 효율적으로 전달할 수 있도록 충전영역을 확장시킬 수 있다. 특히, 제1 무선충전코일(620)은 기판(400)과 동일한 층에 배치될 수 있다.
무선충전코일(610)은 외면에 절연 물질로 코팅되거나 절연층으로 피복될 수 있다.
차폐재(605)의 면적은 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)의 배치 점유 면적보다 클 수 있다. 배치 점유 면적이라 함은 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)이 차지하고 있는 총 면적일 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 무선충전코일(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 무선충전코일(610)의 하면에 배치될 수 있다. 차폐재(605)의 상면은 무선충전코일(610)의 하면, 구체적으로 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)의 하면에 접할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 차폐재(605)의 상면과 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)의 하면 사이에는 접착제 또는 접착부재(미도시)가 배치되어 차폐재(605)에 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)이 고정될 수 있다. 차폐재(605)는 상부에 배치된 무선충전코일(610)에서 발생된 무선전력을 충전 방향으로 가이드 할 수 있고, 제1 기판(500)의 하부에 실장되는 각종 회로부를 전자기장으로부터 보호할 수 있다.
무선충전코일(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, 무선충전코일(610)이 제1 층에 배치되는 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)과 제1 층 위의 제2 층에 제1 무선충전코일(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 무선충전코일(620)의 상면이 제2 기판(700)의 하면과 접촉되지 않게 되어, 제2 기판(700)의 하면과의 접촉으로 인한 제1 무선충전코일(620)의 파손을 방지할 수 있다.
제2 기판(700)의 상면에는 예컨대, 도 2 또는 도 3에 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 2의 240)나 주제어부(도 3의 370)에 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 이상에서는 무선충전코일(610)이 무선전력송신기(도 1의 10, 도 2의 200)에 장착되는 송신코일로 설명되었다.
하지만, 실시예의 무선충전코일(610)은 무선전력수신기(도1의 20, 도 3의 300)에 장착되는 수신코일로 채택될 수도 있다.
도 5는 실시예에 따른 무선충전코일을 도시한다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 무선충전코일(1000)은 내측에 형성되는 중공부(1010)와 중공부(1010)를 둘러싸는 코일부(1020)를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 무선충전코일(1000)은 도 4에 도시된 무선충전코일(620, 630, 640)일 수 있다.
코일부(1020)는 복수의 턴을 갖는 도선(1021 내지 1036)을 포함할 수 있다. 도선(1021 내지 1036)은 서로 일체로 형성되어 예컨대, 나선 형상으로 감겨질 수 있다. 예컨대, 도선(1021 내지 1036)은 시계 방향을 따라 나선 형상으로 감겨질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 도 5에서는 16개의 도선(1021 내지 1036)이 도시되고 있지만, 16개 미만이나 16개 초과의 도선이 구비될 수도 있다.
코일부(1020)는 제1 도선(1021)의 끝단에 배치되는 제1 단자(1041)과 마지막 도선(1036)의 끝단에 배치되는 제2 단자(1043)을 포함할 수 있다. 제1 단자(1041)는 코일부(1020)의 외측에 배치될 수 있다. 제2 단자(1043)는 코일부(1020)의 내측, 즉 중공부(1010)에 인접하여 배치될 수 있다. 제1 단자(1041) 및 제2 단자(1043)는 외부의 전원에 연결되어 전기적인 신호, 예컨대 전류를 공급받을 수 있다. 이러한 전류가 코일부(1020)의 도선(1021 내지 1036)에 흘러 자기장이 발생될 수 있다.
도 6을 참조하여, 도선을 보다 상세히 설명한다.
도 6은 도 5의 무선충전코일에서 H-H'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도선(1021 내지 1036)은 적어도 2개 이상의 도전체(1101 내지 1103)를 포함할 수 있다. 예컨대, 도선(1021 내지 1036)은 2개의 도전체를 포함할 수 있다. 예컨대, 도선(1021 내지 1036)은 3개의 도전체를 포함할 수 있다. 도선(1021 내지 1036)은 도전체(1101 내지 1103) 사이에 배치된 절연체(1111, 1112)를 포함할 수 있다.
도 6에서는 3개의 도전체(1101 내지 1103)가 도시되고 있지만, 2개의 도전체 또는 4개 이상의 도전체가 구비될 수도 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 도선(1021 내지 1036)은 예컨대, 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)를 포함할 수 있다. 도선(1021 내지 1036)은 예컨대, 제1 절연체(1111)와 제2 절연체(1112)를 포함할 수 있다. 제1 절연체(1111)는 제1 도전체(1101)의 상면과 제2 도전체(1102)의 하면 사이에 배치될 수 있다. 제2 절연체(1112)는 제2 도전체(1102)의 상면과 제3 도전체(1103)의 하면 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 도전체(1101)의 상면에 제1 절연체(1111)가 배치될 수 있다. 제1 절연체(1111)의 상면에 제2 도전체(1102)가 배치될 수 있다. 제2 도전체(1102)의 상면에 제2 절연체(1112)가 배치될 수 있다. 제2 절연체(1112)의 상면에 제3 도전체(1103)가 배치될 수 있다.
도전체(1101 내지 1103)와 절연체(1111, 1112)는 접촉될 수 있다. 예컨대, 제1 절연체(1111)의 하면은 제1 도전체(1101)의 상면과 접촉되고, 제1 절연체(1111)의 상면은 제2 도전체(1102)의 하면과 접촉될 수 있다. 예컨대, 제2 절연체(1112)의 하면은 제2 도전체(1102)의 상면과 접촉되고, 제2 절연체(1112)의 상면은 제3 도전체(1103)의 하면과 접촉될 수 있다.
도전체(1101 내지 1103)와 절연체(1111, 1112)는 면접촉될 수 있다. 예컨대, 제1 절연체(1111)의 하면은 제1 도전체(1101)의 상면과 면접촉되고, 제1 절연체(1111)의 상면은 제2 도전체(1102)의 하면과 면접촉될 수 있다. 예컨대, 제2 절연체(1112)의 하면은 제2 도전체(1102)의 상면과 면접촉되고, 제2 절연체(1112)의 상면은 제3 도전체(1103)의 하면과 면접촉될 수 있다.
예컨대, 제1 절연체(1111)의 하면은 제1 도전체(1101)의 상면의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 절연체(1111)의 상면은 제2 도전체(1102)의 하면의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 절연체(1112)의 하면은 제2 도전체(1102)의 상면의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 절연체(1112)의 상면은 제3 도전체(1103)의 하면의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
예컨대, 제1 절연체(1111)의 하면과 상면은 서로 평행한 평면을 가지며, 제2 절연체(1112)의 하면과 상면은 서로 평행한 평면을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도전체(1101 내지 1103)와 절연체(1111, 1112)는 동일한 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 절연체(1111)의 폭은 제1 도전체(1101)의 폭과 동일할 수 있다. 제2 도전체(1102)의 폭은 제1 절연체(1111)의 폭과 동일할 수 있다. 제2 절연체(1112)의 폭은 제2 도전체(1102)의 폭과 동일할 수 있다. 제3 도전체(1103)의 폭은 제2 절연체(1112)의 폭과 동일할 수 있다.
도전체(1101 내지 1103)와 절연체(1111, 1112)는 상이한 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 도전체(1101 내지 1103)의 폭과 절연체(1111, 1112)의 폭은 약 5% 내지 10%의 오차범위를 가질 수 있다. 예컨대, 도전체(1101 내지 1103)의 폭은 절연체(1111, 1112)의 폭보다 약 5% 내지 10% 클 수 있다. 예컨대, 절연체(1111, 1112)의 폭은 도전체(1101 내지 1103)의 폭보다 약 5% 내지 10% 클 수 있다.
도전체(1101 내지 1103)와 절연체(1111, 1112)는 동일한 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 절연체(1111)의 측면은 제1 도전체(1101)의 측면과 수직으로 일치할 수 있다. 제2 도전체(1102)의 측면은 제1 절연체(1111)의 측면과 수직으로 일치할 수 있다. 제2 절연체(1112)의 측면은 제2 도전체(1102)의 측면과 수직으로 일치할 수 있다. 제3 도전체(1103)의 측면은 제2 절연체(1112)의 측면과 수직으로 일치할 수 있다.
제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)는 동일한 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 제1 도전체(1101)의 두께(T1), 제2 도전체(1102)의 두께(T2) 및 제3 도전체(1103)의 두께(T3)는 동일할 수 있다.
제1 절연체(1111)와 제2 절연체(1112)는 동일한 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 제1 절연체(1111)의 두께와 제2 절연체(1112)의 두께는 동일할 수 있다.
제1 절연체(1111)의 두께는 제1 도전체(1101)와 제2 도전체(1102)로 정의될 수 있다. 즉, 제1 절연체(1111)의 두께는 제1 도전체(1101)와 제2 도전체(1102) 사이의 간격(d1)일 수 있다. 제2 절연체(1112)의 두께는 제2 도전체(1102)와 제3 도전체(1103)로 정의될 수 있다. 즉, 제2 절연체(1112)의 두께는 제2 도전체(1102)와 제3 도전체(1103) 사이의 간격(d2)일 수 있다.
도선(1021 내지 1036)의 두께(T)와 도선(1021 내지 1036)의 폭(W)은 상이할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 도선(1021 내지 1036)의 두께(T)는 제1 도전체(1101), 제1 절연체(1111), 제2 도전체(1102), 제2 절연체(1112) 및 제3 도전체(1103)의 전체 두께일 수 있다.
도선(1021 내지 1036)의 두께(T)와 도선(1021 내지 1036)의 폭(W)은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
[수학식1]
T≤W
즉, 도선(1021 내지 1036)의 두께(T)는 도선(1021 내지 1036)의 폭(W)보다 작거나 같을 수 있다.
도선(1021 내지 1036)의 두께와 도선(1021 내지 1036)의 폭의 비는 0.6:1 내지 1:1일 수 있다. 0.6 미만인 경우 도전체(1101 내지 1103)의 두께가 표피효과(skin effect)의 침투깊이 이하가 되어 전류가 잘 흐르지 않게 되고 절연체(1111, 1112)의 두께가 너무 얇아 절연체(1111, 1112)에서 기생 캐패시턴스가 형성되지 않을 수 있다. 1 초과인 경우 무선충전코일(1000)의 두께가 증가되어 제품 두께가 증가될 수 있다.
도전체(1101 내지 1103)와 절연체(1111, 1112)는 동일한 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 절연체(1111)의 폭은 제1 도전체(1101)의 폭과 동일하고, 제2 절연체(1112)의 폭은 제2 도전체(1102)의 폭과 동일할 수 있다. 제3 도전체(1103)의 폭은 제2 절연체(1112)의 폭과 동일할 수 있다.
한편, 도선(1021 내지 1036) 사이의 간격(L)은 도선(1021 내지 1036)의 폭(W)보다 작을 수 있다.
이하에서 도 9 및 도 10을 참조하여 도전체의 개수와 도전체 사이의 수직 간격의 최적화를 설명한다.
도 9는 비교예와 실시예에 따른 무선충전코일에서의 자기장 세기를 보여준다. 즉, 도 9a는 비교예로서, 단일 도전체를 갖는 도선으로서, 도선의 두께가 0.9mm이다. 도 9b는 실시예로서, 2개의 도전체와 이들 사이에 배치된 1개의 절연체가 구비되었고, 도전체의 두께는 0.12mm이다. 도 9c는 실시예로서, 3개의 도전체와 이들 사이에 배치된 2개의 절연체가 구비되었고, 도전체의 두께는 0.12mm이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 비교예에서 자기장의 세기는 1.58*103 A/m이다. 도 9b에 도시된 실시예에서의 자기장의 세기는 2.75*103 A/m이고, 도 9c에 도시된 실시예에서의 자기장의 세기는 3.53*103 A/m이다.
이로부터, 실시예의 자기장의 세기(도 9b, 도 9c)는 비교예의 자기장의 세기보다 1.74 내지 2.23배 큼을 알 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 무선충전코일에서 도전체 사이의 간격에 따른 자기장 세기를 보여준다. 즉, 도 10은 실시예로서, 3개의 도전체와 이들 사이에 배치된 2개의 절연체가 구비되었고, 도전체 사이의 간격을 달리했을 때의 자기장의 세기를 보여준다.
도 10에 도시된 도전체 사이의 간격과 자기장의 세기는 표 1로 나타낼 수 있다. 도전체 사이의 간격이 0mm라 함은 도전체 사이에 절연체가 생략된 것으로서, 도전체가 서로 접하는 경우이다.
도전체 사이의 간격(mm) 자기장의 세기(*103 A/m)
Case1 0 1.52
Case2 0.1 2.95
Case3 0.15 3.53
Case4 0.2 2.48
Case5 0.25 2.21
Case6 0.3 1.84
Case7 0.35 1.61
도 10에 도시한 바와 같이, 케이스2, 케이스3, 케이스4 및 Case5에서 2*103 A/m이상의 자기장 세기가 얻어졌다. 이로부터, 실시예에 따른 무선충전장치는 표 2와 같이 최적화될 수 있다.
도선의 두께 9mm
도전체의 개수 2개 또는 3개
도전체 사이의 수직 간격 0.08mm 내지 0.25mm
도전체의 두께 0.12mm 내지 0.15mm
이상으로부터, 도전체(1101 내지 1103)의 개수와 도전체(1101 내지 1103) 사이의 수직 간격을 최적화함으로써, 자기장의 세기가 증가될 수 있다.자기장의 세기가 증가되는 것은 도전체(1101 내지 1103) 사이에 배치되는 절연체(1111, 1112)에 의해 형성된 기생 캐패시턴스에 기인할 수 있다. 즉, 이러한 기생 캐패시턴스에 의해 각 도전체(1101 내지 1103)에서 발생된 자기장 간의 커플링 현상이 발생되어 자기장의 세기가 증가될 수 있다.
실시예에 따르면, 도전체(1101 내지 1103) 사이에 배치된 절연체(1111, 1112)는 기생 캐피시턴스를 형성할 수 있는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 절연체(1111, 1112)로는 운모, 테플론, 아크릴판, 종이, 유리판, 고무, 실리콘, 플라스틱 등이 사용될 수 있다.
실시예에 따르면, 도전체(1101 내지 1103)는 전류가 흘러 자기장을 생성할 수 있는 도전 물질을 포함할 수 있다. 도전체(1101 내지 1103)로는 예컨대, 구리(Cu)와 같은 금속이 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따른 무선충전코일(1000)의 도선(1021 내지 1036)은 펀칭 공정을 이용하여 제조될 수 있어, 제조 공정이 간단하고 제조가 용이할 수 있다.
예컨대, 복수의 도전층과 복수의 절연층으로 이루어진 도전 시트가 마련될 수 있다. 절연층은 도전층 사이에 배치될 수 있다. 도전 시트에서 최하층과 최상층은 도전층일 수 있다.
이어서, 미리 설계된 대로 펀칭 공정이 수행되어, 도선(1021 내지 1036)으로 감겨진 코일부(1020)가 제조될 수 있다. 이때, 코일부(1020) 내측의 도전 시트가 모두 제거되어 중공부(1010)가 형성될 수 있다.
펀칭 공정 이외에 다른 공정 방법을 이용하여 실시예에 따른 무선충전코일(1000)의 도선(1021 내지 1036)이 제조될 수 있다.
한편, 코일부(1020)는 도 7에 도시한 바와 같이, 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에서 수직으로 중첩되는 도전체(1101 내지 1103)를 연결하는 제1 단자(1041)를 포함할 수 있다. 제1 단자(1041)는 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단의 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제1 단자(1041)는 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에서 제1 유전체를 수직으로 관통하여 제1 도전체(1101)와 제2 도전체(1102)를 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제1 단자(1041)는 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에서 제2 유전체를 수직으로 관통하여 제2 도전체(1102)와 제3 도전체(1103)를 연결시킬 수 있다.
코일부(1020)는 도 8에 도시한 바와 같이, 코일부(1020)의 최 내측에 위치된 도선(1036)의 끝단에서 수직으로 중첩되는 도전체(1101 내지 1103)를 연결하는 제2 단자(1043)를 포함할 수 있다. 제2 단자(1043)는 코일부(1020)의 최 내측에 위치된 도선(1036)의 끝단의 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제2 단자(1043)는 코일부(1020)의 최 내측에 위치된 도선(1036)의 끝단에서 제1 유전체를 수직으로 관통하여 제1 도전체(1101)와 제2 도전체(1102)를 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제2 단자(1043)는 코일부(1020)의 최 내측에 위치된 도선(1036)의 끝단에서 제2 유전체를 수직으로 관통하여 제2 도전체(1102)와 제3 도전체(1103)를 연결시킬 수 있다.
제1 단자(1041)와 제2 단자(1043)는 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)와 동일한 물질을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 단자(1041)와 제2 단자(1043)는 위에서 보았을 때, 원 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 단자(1041)와 제2 단자(1043) 각각의 직경은 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103) 각각의 폭보다 작을 수 있다.
일 예시로서, 제1 단자(1041)와 제2 단자(1043)는 레이저 조사를 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에 레이저를 조사할 수 있다. 이러한 레이저 조사에 의해 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에 위치된 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)는 녹게 되고, 제1 절연체(1111)와 제2 절연체(1112)는 제거될 수 있다. 이러한 경우, 제1 절연체(1111)와 제2 절연체(1112)가 제거된 영역, 예컨대 홀(hole)에 상기 녹여진 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)의 도전 물질이 채워진 후 경화됨으로써, 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에서 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)가 전기적으로 연결된 제1 단자(1041)가 형성될 수 있다. 제2 단자(1043) 또한 이와 동일한 제조 공정에 의해 형성될 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
다른 예시로서, 제1 단자(1041)와 제2 단자(1043)는 펀칭 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에 펀칭 공정이 수행될 수 있다. 이러한 펀칭 공정에 의해 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에 위치된 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103) 그리고 제2 절연체(1112) 및 제1 절연체(1111)가 제거될 수 있다. 이러한 경우, 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103) 그리고 제2 절연체(1112) 및 제1 절연체(1111)가 제거된 영역, 예컨대 홀(hole)에 도전 물질이 채워짐으로써, 코일부(1020)의 최 외측에 위치된 도선(1021)의 끝단에서 제1 도전체(1101), 제2 도전체(1102) 및 제3 도전체(1103)가 전기적으로 연결된 제1 단자(1041)가 형성될 수 있다. 제2 단자(1043) 또한 이와 동일한 제조 공정에 의해 형성될 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
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.
1000: 무선충전코일
1010: 중공부
1020: 코일부
1021 내지 1036: 도선
1041, 1043: 단자
1101, 1102, 1103: 도전체
1111, 1112: 절연체

Claims (11)

  1. 중공부; 및
    상기 중공부를 둘러싸고 복수의 턴을 갖는 도선을 포함하는 코일부;
    를 포함하고,
    상기 도선은,
    수직으로 중첩되는 복수의 도전체; 및
    상기 도전체 사이에 배치되는 절연체;
    를 포함하고,
    상기 도전체와 상기 절연체가 접촉되고,
    상기 도전체의 폭과 상기 절연체의 폭은 5% 내지 10%의 오차 범위를 갖는 무선충전코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 유전 물질을 포함하는 무선충전코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도선의 두께는 9mm 이내인 무선충전코일.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 2개 또는 3개인 무선충전코일.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수직으로 중첩되는 도전체 사이의 간격은 0.08mm 내지 0.25mm인 무선충전코일.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전체의 두께는 0.12mm 내지 0.15mm인 무선충전코일.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는,
    상기 코일부의 최 외측에 위치된 도선의 끝단에서 상기 수직으로 중첩되는 도전체를 연결하는 제1 단자; 및
    상기 코일부의 최 내측에 위치된 도선의 끝단에서 상기 수직으로 중첩되는 도전체를 연결하는 제2 단자;
    를 포함하는 무선충전코일.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 상기 절연체를 관통하여 수직으로 배치되는 무선충전코일.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 상기 수직으로 중첩되는 도전체로부터 연장되는 무선충전코일.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자는 상기 도전체와 동일한 물질을 포함하는 무선충전코일.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 차폐재; 및
    상기 차폐재 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 무선충전코일;
    을 포함하고,
    상기 무선충전코일은,
    중공부; 및
    상기 중공부를 둘러싸고 복수의 턴을 갖는 도선을 포함하는 코일부;
    를 포함하고,
    상기 도선은,
    수직으로 중첩되는 복수의 도전체; 및
    상기 도전체 사이에 배치되는 절연체;
    를 포함하고,
    상기 도전체와 상기 절연체가 접촉되고,
    상기 도전체의 폭과 상기 절연체의 폭은 5% 내지 10%의 오차 범위를 갖는 무선충전장치.
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