KR20200078973A - 무선 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 제1 케이스, 상기 제1 케이스에 결합되는 방열 부재, 무선으로 전력을 송신하거나 수신하는 코일부, 상기 코일부를 수용하는 수용 공간을 구비하며 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스, 및 상기 제2 케이스의 측면에 결합되고 상기 방열 부재와 연결되어 상기 방열 부재에서 발생되는 열을 상기 제2 케이스로 전달하는 열확산 부재를 포함한다.

Description

무선 충전 장치{WIRELESS CHARGING APPARATUS}

본 발명은 방열 기능을 갖는 무선 충전 장치에 관한 것이다.

무선 전송(Wireless Transfer) 기술은 스마트폰, 웨어러블 기기를 비롯한 다양한 통신 / 휴대 단말기 등을 포함하는 다양한 전자기기에 폭넓게 적용되고 있는 추세이다.

이러한 무선 전송 기술을 전자기기에 실현하는데 있어 무선 전송용 코일의 방열(放熱) 방안이 요구되고 있다.

일반적인 전도성 방열 부재를 사용하는 경우 무선 전송 전자기파에 의한 와전류(Eddy Current)가 발생될 수 있고, 상기 와전류에 의한 전류손실이 발생할 수 있다.

와전류에 의한 전류손실은 무선 전송의 효율을 극도로 낮아지게 하거나, 새로운 열점(hot spot)을 발생시킬 수 있다.

따라서 높은 방열 성능을 갖는 무선 충전 장치가 요구되고 있다.

종래의 경우 방열을 위해 팬(fan)과 같은 송풍 장치를 무선 충전 장치에 부가하고 있다. 그러나 이 경우 무선 충전 장치의 크기가 증가하며 송풍 장치에 의한 소음도 증가한다는 문제가 있다.

한국등록특허 제1879656호

본 발명의 목적은 와전류에 의한 전류손실을 최소화하면서 무선 충전 시 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 무선 충전 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 제1 케이스, 상기 제1 케이스에 결합되는 방열 부재, 무선으로 전력을 송신하거나 수신하는 코일부, 상기 코일부를 수용하는 수용 공간을 구비하며 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스, 및 상기 제2 케이스의 측면에 결합되고 상기 방열 부재와 연결되어 상기 방열 부재에서 발생되는 열을 상기 제2 케이스로 전달하는 열확산 부재를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 무선으로 전력을 송신하거나 수신하는 코일부, 상기 코일부를 내부에 수용하는 케이스, 상기 케이스 중 상기 전력이 송수신되는 면에 결합되는 방열 부재, 및 상기 방열 부재에서 연장되는 다수의 열확산 부재를 포함하며, 상기 방열 부재는 절연층과 상기 절연층 상에 배치되는 적어도 하나의 선형 배선 및 상기 선형 배선과 연결되는 다수의 접촉 패드를 구비하고, 상기 다수의 열확산 부재는 상기 접촉 패드들에 각각 연결된다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는 전력 송신 모듈과 전력 수신 모듈 사이에 배치되는 방열 부재와, 케이스에 결합되는 열확산 부재를 통해 무선 충전 과정에서 발생되는 열을 효과적으로 방출한다.

이에 방열을 위해 송풍 장치와 같은 별도의 냉각 시스템을 부가할 필요가 없으므로, 제조 비용을 줄일 수 있으며, 소음도 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 방열 부재와 열확산 부재를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 방열 부재의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치를 도시한 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 방열 부재의 저면도.
도 7 및 도 8은 도 5에 도시된 무선 충전 장치의 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 부재를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 부재를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 부재를 도시한 도면

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 무선 충전 장치는 전력을 무선으로 전송하는 무선전력 송신장치나, 전력을 무선으로 수신하여 저장하는 무선전력 수신장치를 포괄적으로 지칭하는 용어이다. 또한 무선전력 송신장치는 충전기(도 1의 20)를 포함하며, 무선전력 수신장치는 충전기(20)로부터 전력을 수신하여 저장하는 휴대 단말기(도 1의 10)를 포함한다.

본 실시예에서는 방열 부재를 구비하는 무선 충전 장치로 충전기(20)를 예로 들어 설명한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 무선전력 수신장치인 휴대 단말기(10)도 본 발명의 무선 충전 장치에 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 충전기(20)는 무선으로 휴대 단말기(10)의 배터리를 충전시키는 데에 이용된다.

충전기(20)는 외부로부터 공급되는 가정용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 다시 특정 주파수의 교류 전압으로 변환한 후, 전력 송신 모듈(30)을 통해 무선으로 전력을 외부로 전송한다.

이를 위해 충전기(20)는 전압 변환부(22), 전력 송신 모듈(30), 케이스(50), 및 방열 부재(70)를 포함한다.

전압 변환부(22)는 외부로부터 공급되는 가정용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 다시 특정 주파수의 교류 전압으로 변환한 후, 전력 송신 모듈(30)로 공급한다. 또한 직류 전원을 직접 공급받는 경우, 공급된 직류 전원을 특정 주파수의 교류 전압으로 변환한 후, 전력 송신 모듈(30)로 공급한다.

전압 변환부(22)는 전자 부품이 실장된 회로 기판의 형태로 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전력 송신 모듈(30)은 전압 변환부(22)에서 전송된 전력을 외부로 전송한다.

이를 위해 전력 송신 모듈(30)은 자성부(32) 및 코일부(35)를 포함할 수 있다.

자성부(32)는 편평한 판 형상(또는 시트 형상)으로, 코일부(35)의 일면에 배치되어 코일부(35)에 고정 부착된다. 자성부(32)는 코일부(35)의 코일 배선에 의해 발생하는 자기장의 자로를 효율적으로 형성하기 위해 구비된다. 이를 위해 자성부(32)는 자로가 용이하게 형성될 수 있는 재질로 형성되며, 예를 들어 페라이트, 나노크리스탈(나노결정), 아몰퍼스(비정질), 규소강판 등 투자율을 지닌 물질이 이용될 수 있다.

한편, 도시되어 있지 않지만, 자성부(32)의 외부면에는 전자파나 누설 자속을 자폐하기 위해 필요에 따라 금속 시트를 더 부가하는 것도 가능하다. 금속 시트는 알루미늄(aluminum) 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

케이스(50)는 내부에 수용 공간을 구비하며, 후술되는 구성 요소들을 수용 곤안에 수용하여 외부 환경으로부터 보호한다.

케이스(50)는 납작한 원통 형상 또는 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 내부에는 전압 변환부(22), 전력 송신 모듈(30), 및 방열 부재(70)가 수용될 수 있는 수용 공간을 구비한다.

본 실시예에 따른 케이스(50)는 휴대 단말기(10)가 안착되는 충전면을 형성하는 제1 케이스(50a)와, 제1 케이스(50a)의 하부에 결합되어 상기한 수용 공간을 제공하는 제2 케이스(50b)로 구분될 수 있다.

케이스(50)는 전체적으로 절연성의 수지 재질로 형성되거나 부분적으로 금속재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 케이스(50)는 전력이 송수신되는 면을 구성하는 제1 케이스(50a)는 수지 재질로 형성되고, 나머지 부분을 형성하는 제2 케이스(50b)는 금속 재질로 형성될 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 케이스(50a)는 상면에 휴대 단말기(10)가 안착되므로, 상면이 편평한 면으로 형성된다.

제1 케이스(50a)에는 방열 부재(70)가 결합된다

방열 부재(70)는 제1 케이스(50a)의 하면(또는 내부면)에 배치될 수 있다. 이 경우 방열 부재(70)는 일면이 케이스(50) 내부면에 부착되고 타면이 코일부(35)에 부착될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 방열 부재(70)를 제1 케이스(50a)의 내부에 매립되도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

도 3은 도 1에 도시된 방열 부재와 열확산 부재를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 방열 부재의 저면도이다.

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 방열 부재(70)는 절연층(77) 및 도전층(71)을 포함한다. 또한 방열 부재(70)는 위치에 따라 자속 형성부(S1)와 방열부(S2)로 영역이 구분될 수 있다.

절연층(77)은 방열 부재(70)의 전체적인 면적을 규정하며, 도전층(71)이 접합 및 고정되는 지지 부재의 기능을 수행한다.

절연층(77)은 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP (Cyclo-Olefin Polymers) 등의 절연성 필름으로 형성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예의 경우 충전기(20)가 원반형으로 구성되므로, 절연층(77)도 원반 형상으로 구성된다. 따라서 충전기(20)가 직사각 형상으로 구성되면 절연층(77)도 직사각 형상으로 구성될 수 있다.

도전층(71)은 절연층(77)의 양면 중 적어도 한 면에 부착되며, 자속 형성부(S1)에 배치되는 다수의 선형(line type) 도체들(72), 그리고 방열부(S2)에 배치되는 하나의 면형(Area type) 도체(73)를 포함한다.

자속 형성부(S1)는 절연층(77)의 중심부에 배치되는 영역으로, 무선 충전 과정에서 무선 전력 신호(예컨대, 자기장)가 형성되는 영역으로 규정될 수 있다.

자속 형성부(S1)에는 다수의 선형 도체들(72)이 배치된다. 선형 도체들(72)은 면형 도체(73)와 이격 배치되며, 선형 도체들(72) 상호 간에도 일정 거리 이격 배치된다. 따라서, 선형 도체들(72)은 상호 간에 전기적으로 절연된다.

선형 도체들(72)은 일정한 간극(P)으로 서로 분리되어 배치되며, 서로 평행하게 배치된다. 이에 무선전력 신호는 선형 도체들(72) 사이의 간극(P)을 활용하여 원활하게 휴대 단말기(10)로 전달될 수 있다.

또한 선형 도체들(72)이 서로 이격 배치됨에 따라, 무선 전력 전송 과정에 자속 형성부(S1)에 와전류(Eddy Current)의 폐루프가 형성되는 것을 억제할 수 있으며, 이에 와전류에 의한 전류손실을 최소화할 수 있다.

따라서, 선형 도체들(72)의 폭이나 두께, 선형 도체들(72) 사이의 간극(P) 거리 등은 와전류 저감 및 방열 성능 향상을 위해 조절될 수 있다.

본 실시예에서는 선형 도체들(72)의 사이의 간극(P)이 빈 공간으로 구성되나, 필요에 따라 간극(P) 내에 절연 물질이 충진하는 것도 가능하다.

자속 형성부(S1)는 전력 송신 모듈(30)의 코일부(35)와 대면하는 위치에 배치된다. 이에 자속 형성부(S1)의 면적은 코일부(35)의 면적과 동일하거나 유사한 크기로 형성될 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어서, 대면하거나 마주보도록 배치된다는 의미는, 도 2와 같이 방열 부재(70)가 코일부(35) 상에 적층 배치된 상태에서 자속 형성부(S1)를 코일부(35)에 투영하였을 때, 서로 겹쳐지도록 배치되는 것을 의미한다.

한편, 자속 형성부(S1)가 코일부(35)와 실질적으로 대면하는 영역은 코일부(35)에서 무선 충전용 코일 배선이 배치된 영역이다. 따라서 무선 충전용 코일 배선이 코일부(35) 전체에 배치되지 않고 코일부(35)의 일부분에만 배치되는 경우, 자속 형성부(S1)도 코일부(35) 전체가 아닌, 무선 충전용 코일 배선이 배치된 영역에 대응하는 면적으로 구성될 수 있다.

방열부(S2)는 자속 형성부(S1) 둘레를 따라 배치되는 영역으로, 방열 부재(70)에서 코일부(35) 또는 무선 충전용 코일 배선과 대면하지 않는 영역으로 정의될 수 있다.

방열부(S2)에는 하나의 도체로 구성되는 면형 도체(73)가 배치된다. 면형 도체(73)는 절연층(77)의 양면 중 적어도 한 면에 배치되며, 자속 형성부(S1)의 주변에 전체적으로 배치된다. 이에 방열부(S2)는 면형 도체(73)가 배치된 전체 영역으로 규정될 수 있다.

본 실시예에서 절연층(77)이 원반 형상으로 형성되므로, 면형 도체(73)는 자속 형성부(S1)의 둘레를 따라 원형의 고리 형태로 형성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 절연층(77)이 사각 형상으로 구성되는 경우 면형 도체(73)도 사각의 고리 형상으로 구성될 수 있다.

또한 본 실시예에서 면형 도체(73)가 형성하는 원형의 고리 형태는 완전한 환형(環形)이 아닌, 후술되는 절개부(74)에 의해 일부가 단절된 고리 형태를 의미한다. 그러나 본 발명의 구성은 이에 한정되지 않으며, 완전한 환형(環形)으로 고리 형태가 구성되는 경우도 포함한다.

따라서, 본 발명에서 면형 도체(73)가 원형의 고리 형태로 형성된다는 의미는 면형 도체(73)가 완전한 환형으로 형성되는 경우와, 면형 도체(73)가 일부다 단절된 고리 형태로 형성되는 경우를 모두 포함한다.

본 실시예의 면형 도체(73)는 자속 형성부(S1) 둘레에 배치되므로, 무선 충전시 자기장이 거의 발생하지 않는 영역에 배치된다. 그러나 누설되는 자속으로 인해 면형 도체(73)에도 와전류가 발생될 수 있다. 따라서 면형 도체(73)에서 와전류가 발생되는 것을 억제하기 위해 방열부(S2)에는 절개부(74)가 구비된다.

절개부(74)는 면형 도체(73) 의 반경 방향으로 면형 도체(73)를 절개한다. 따라서 절개부(74)는 자속 형성부(S1)와 면형 도체(73) 외부를 연결하는 선형 슬릿의 형태로 형성된다.

절개부(74)에 의해 면형 도체(73)는 완전한 고리 형상이 아닌, 일부가 단절된 고리 형상으로 형성된다. 따라서 면형 도체(73)에서 면형 도체(73)와 동심을 갖는 와전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한 면형 도체(73)는 충전기(20)의 접지와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 면형 도체(73)는 전자기파를 차폐하는 기능도 제공할 수 있다.

이와 같이 구성되는 도전층(71)은 전자기파의 투과율 및 열확산 특성이 우수한 금속 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 주석, 아연, 금, 은 등의 재질 중 어느 하나 또는 이들의 합금이 선택적으로 이용될 수 있다.

본 실시예에서 선형 도체(72)와 면형 도체(73)는 모두 동일한 재질로 형성되며 동일한 두께로 절연층(77) 상에 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 선형 도체(72)와 면형 도체(73)를 서로 다른 재질로 구성하거나, 서로 다른 두께로 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

한편 도시되어 있지 않지만, 본 실시예의 방열 부재(70)는 접착층을 더 포함할 수 있다. 접착층은 방열 부재(70)를 케이스에 접합하는 데에 이용될 수 있다. 접착층은 고분자 수지로, 아크릴 수지, 에폭시 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, CPE(Chlorinated Polyethylene) 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지 및 불포화에스테르 수지 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한 본 실시예의 충전기(20)는 면형 도체(73)에서 제2 케이스(50b) 측으로 연장되는 열확산 부재(80)를 포함한다.

열확산 부재(80)는 제2 케이스(50b)의 측면을 따라 배치되어 제2 케이스(50b)의 측면과 접촉하도록 배치되며 일측이 방열 부재(70)에 접합된다.

이에 따라 방열부(S2)에서 발생되는 열은 열확산 부재(80)를 통해 제2 케이스(50b)로 전달된다.

열확산 부재(80)는 방열 부재(70)의 테두리 전체와 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 방열 부재(70)와 부분적으로 연결되도록 구성하는 것도 가능하다.

열확산 부재(80)는 면형 도체(73)와 동일한 재질로 구성될 수 있으나, 필요에 따라 다른 재질로 구성하는 것도 가능하다. 예컨대, 열확산 부재(80)는 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 주석, 아연, 금, 은 등의 재질 중 어느 하나 또는 이들의 합금이 선택적으로 이용될 수 있으며, 그래파이트(graphite)를 이용하는 것도 가능하다.

한편, 본 실시예에서 열확산 부재(80)는 방열 부재(70)에 접합되며, 이에 방열 부재(70)와 일체로 구성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 후술되는 실시예와 같이 제2 케이스(50b)에 구비되도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 방열 부재(70)는, 전력 송신 모듈(30)과 전력 수신 모듈(11) 사이에 배치되어, 전력 송신 모듈(30)이나 전력 수신 모듈(11)로부터 발생되는 열을 외부로 발산한다. 그리고 열확산 부재(80)는 방열 부재(70)로부터 전달되는 열을 제2 케이스(50b)로 전달하여 방열 효과를 높인다.

한편, 도전성 물질이 전력 송신 모듈(30)과 전력 수신 모듈(11) 사이에 배치되는 경우, 도전성 물질에 와전류(Eddy Current)가 발생하게 되어 손실이 증가될 수 있다.

이에 본 실시예의 선형 도체(72)는 표피 효과(skin effect)가 발생 가능한 폭보다 좁은 폭로 구성된다. 본 실시예의 방열 부재(70)는 100 ~ 150Khz 의 주파수 대역에서 무선 충전을 수행하는 무선 충전 장치들에 구비되며, 이에 본 실시예의 선형 도체(72)는 선폭이 200㎛ 이하로 구성된다. 이 경우 무선 충전에 이용되는 자속은 선형 도체들(72) 사이로 통과하므로, 선형 도체(72)가 충전 효율에 영향을 주지 않는다. 또한 선형 도체들(72)이 미세 선폭으로 구성되므로 와전류의 발생이 억제되어 와전류에 의한 손실도 최소화할 수 있다.

이에 더하여, 전력 송신 모듈(30)이나 전력 수신 모듈(11)로부터 발생되는 열은 선형 도체(72)와 면형 도체(73), 열확산 부재(80)를 통해 빠르게 방열 부재(70)의 외부로 발산되므로 상기 열을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 전압 변환부(22)는 열확산 부재(80)와 접촉하도록 배치된다. 이에 따라 전압 변환부(22)에서 발생하는 열도 제2 케이스(50b)로 용이하게 전달되므로, 방열 효과를 더욱 높일 수 있다.

또한 선형 도체(72)가 자속 형성부(S1)를 가로지르도록 배치되므로, 자속 형성부(S1)에서 발생되는 열은 선형 도체(72)를 통해 선형 도체(72)의 길이 방향을 따라 빠르게 면형 도체(73) 측으로 이동할 수 있다. 따라서 방열 효과를 높일 수 있다.

이에 더하여 방열 부재(70)의 도전층(71)은 무선 충전 과정에서 발생되는 노이즈를 제거하는 기능도 수행할 수 있어 방열 기능뿐만 아니라 전자기파 차단 필터의 기능도 수행할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 절연층(77) 상에 도전층(71)이 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층을 생략하고, 도전층(71)을 구성하는 다수의 선형 도체들(72)과 면형 도체(73) 사이에 절연 물질을 배치하는 것도 가능하다. 이 경우 절연 물질은 도전층(71)과 동일한 평면상에 배치되며, 서로 이격 배치된 선형 도체들(72)과 면형 도체(73)를 물리적으로 서로 연결함과 동시에 전기적으로는 절연을 유지하는 기능을 갖는다.

또한 필요에 따라 절연층을 생략하고, 선형 도체들(72)과 면형 도체(73)가 직접 제1 케이스(50a)에 부착되도록 구성하는 것도 가능하다.

한편 도시되어 있지 않지만, 절연층(77)의 양면에 도전층(71)을 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 절연층의 일면에 배치되는 선형 도체(이하 제1 선형 도체)와 절연층의 타면에 배치되는 선형 도체(이하 제2 선형 도체)는 서로 상이한 반향으로 배치될 수 있다. 예컨대 길이 방향을 기준으로, 제1 선형 도체가 제1 방향(예컨대 절개부와 수직을 이루는 방향)을 따라 배치되는 경우, 제2 선형 도체는 제1 방향과 다른 제2 방향(예컨대, 절개부와 동일한 방향)을 향하도록 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 다양한 변형이 가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치를 도시한 단면도로, 제1 케이스와 제2 케이스가 분리된 상태를 도시하고 있다. 그리고 도 6은 도 5에 도시된 방열 부재의 저면도이고, 도 7 및 도 8은 도 5에 도시된 무선 충전 장치의 분해 사시도이다. 여기서 이해의 편의를 위해, 도 7 및 도 8은 코일부(35)와 전압 변환부(22)를 생략하고 도시하였으며, 도 8은 제1 케이스(50a)도 생략하고 도시하였다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예의 방열 부재(70)는 방열부(도 3의 S2)를 구비하지 않으며 전체가 자속 형성부의 형태로 구성된다. 이에 따라 면형 도체(73)를 포함하지 않으며, 제1 케이스(50a)와 결합되는 부분에는 선형 도체(72)만이 구비된다. 이 경우 전술한 실시예에 비해 방열 성능은 다소 감소될 수 있으나, 와전류의 발생을 더욱 억제할 수 있어 이와 관련된 손실을 최소화할 수 있다.

본 실시예에서 열확산 부재(80)는 선형 도체(72)와 연결된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 선형 도체(72)는 하나의 연속된 선으로 구성되며, 지그재그(zigzag) 형상으로 형성된다.

그리고 열확산 부재(80)는 선형 도체(72) 중 가장 외측에 배치되는 부분에 연결된다.

본 실시예에서 열확산 부재(80)는 4개가 방열 부재(70) 의 사방을 향해 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 다수의 열확산 부재(80)가 다수의 방향으로 배치되도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

또한 본 실시예에서 열확산 부재(80)는 제2 케이스(50b)에 고정 결합된다.

접촉부(82)는 편평한 면이 방열 부재(70)의 하부면과 마주보도록 배치되어 제1 케이스(50a)가 제2 케이스(50b)에 결합될 때 방열 부재(70)의 하부면과 접촉하도록 구성된다.

이를 위해 방열 부재(70)에는 접촉 패드(75)가 구비된다.

접촉 패드(75)는 방열 부재(70)의 일면에 배치되어 열확산 부재(80)의 접촉부(82)와 방열 부재(70)의 도전층(71)을 전기적으로 연결한다.

본 실시예에서는 전술한 면형 도체(도 4의 73)를 포함하지 않으므로 접촉부(82)는 선형 도체(72)와 연결된다. 그러나 방열 부재(70)가 면형 도체(73)를 포함하도록 구성되는 경우, 접촉 패드(75)는 면형 도체(73)와 전기적으로 연결될 수 있다.

접촉 패드(75)는 4개가 방열 부재(70)의 사방에 배치되어 4개의 열확산 부재(80)와 각각 연결된다.

본 실시예에서 열확산 부재(80)는 제2 케이스(50b)의 측면 내벽에 부착되며 접촉 패드(75)는 제2 케이스(50b)의 측면 상단면에 배치된다.

그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 인서트 사출 방식을 통해 열확산 부재(80)를 제2 케이스(50b)의 측면 내에 매립하고, 접촉 패드(75)만 제2 케이스(50b)의 측면 상단면으로 노출시키는 등 다양한 변형이 가능하다.

또한 본 실시예의 충전기는 제2 케이스(50b)가 히트 싱크(55, heat sink)를 포함한다. 본 실시예에서 히트 싱크(55)는 제2 케이스(50b)의 바닥면을 구성한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

열확산 부재(80)는 제2 케이스(50b)의 바닥 부분에서 히트 싱크(55)와 연결된다. 따라서 방열 부재(70)에서 발생된 열은 열확산 부재(80)를 경유하여 열확산 부재(80)의 하단 측에 연결된 히트 싱크(55)로 전달된다.

이처럼 구성되는 본 실시예에 따른 충전기는 히크 싱크를 통해 보다 빠르게 열을 외부로 방출할 수 있다. 또한 열확산 부재(80)가 제2 케이스(50b)와 일체로 구성되며, 제1 케이스(50a)를 제2 케이스(50b)와 결합하는 것 만으로 열확산 부재(80)와 방열 부재(70)를 연결할 수 있다. 따라서 제조가 용이하다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 충전 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 충전기는 열확산 부재(80)가 케이스(50)의 외부로 노출되는 노출부(84)를 포함한다.

이러한 구성은 충전기(20’)가 탑재되는 기기(機器, 90)로 열을 확산시키기 위한 것으로, 노출부(84)를 통해 케이스(50)의 외부로 노출된 열확산 부재(80)는 상기 기기(90)와 접촉하도록 배치되어 기기(90) 측으로 열을 전달한다. 이를 위해 노출부(84)는 케이스(50)의 외부 표면과 동일한 면 상에 배치되거나, 케이스(50)에서 외부로 돌출되는 형태로 구성될 수 있다.

본 실시예에서 기기(90)는 차량에 마련되는 콘솔 박스(console box)를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 기기(90)는 충전기가 탑재될 수 있는 모든 장치나 설비를 포함한다.

본 실시예에서 열확산 부재(80)의 노출부(84)는 케이스(50)의 상부면을 통해 노출된다. 이를 위해 제2 케이스(50b)의 상단면은 적어도 일부가 제1 케이스(50a)의 외부로 노출 배치된다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 열확산 부재(80)가 제1 케이스(50a)를 관통하여 노출되도록 구성하거나, 케이스(50)를 관통하도록 배치되는 별도의 부재를 부가하여 열확산 부재(80)와 기기(90) 간의 열전달 경로를 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

케이스(50)의 상부면은 기기(90)에 면접촉하도록 기기(90)에 결합된다. 이에 따라 케이스의 상부면으로 노출된 열확산 부재(80)의 노출부(84)도 기기(90)와 면접촉하도록 배치된다.

이와 같은 구성으로 인해, 방열 부재(70)에서 발생된 열은 열확산 부재(80)를 통해 히트 싱크로 전달되고, 동시에 열확산 부재(80)를 통해 기기(90)로 전달되어 방열 효과를 높일 수 있다.

한편, 보다 효율적으로 열을 방출하기 위해, 충전기(20’)와 면접촉하는 기기(90)의 표면에는 열전달부재(92)가 배치될 수 있다. 열전달부재(92)는 금속이나 그래파이트와 같이 열전도도가 높은 재질로 형성될 수 있다.

열전달부재(92)가 구비되는 경우, 열확산 부재(80)의 노출부(84)는 열전달부재(92)와 직접 접촉하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 노출부가 케이스의 상부면에 배치되는 경우를 예로 들었으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 충전기(20’)의 상부면이 아닌 측면이 기기(90)와 면접촉하도록 기기(90)에 결합되는 경우, 노출부(84)는 기기(90)와 면접촉하는 충전기(20)의 측면에 배치될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 부재를 도시한 도면으로, (a)는 방열 부재의 상면을 도시하고 있으며, (b)는 방열 부재의 하면을 도시하고 있다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 방열 부재(70)는 방열부(도 3의 S2)를 구비하지 않으며 전체가 자속 형성부의 형태로 구성된다. 이에 따라 면형 도체(73)를 포함하지 않으며, 선형 도체(72a-72d)만을 구비된다.

또한 본 실시예의 방열 부재는 하나의 절연층(77) 양면에 각각 도전층이 형성된다. 따라서 도전층은 2층으로 구성된다. 그러나 이에 한정되지 않으며 다수의 절연층에 다수의 도전층을 배치하는 것도 가능하다.

본 실시예에서 선형 도체(72a-72d)는 상호 간에 전기적으로 연결되지 않는 제1 내지 제4 도체(72a-72d)로 구분된다.

본 실시예에서 제1 내지 제4 도체(72a-72d)는 빗(comb)과 유사한 형상으로 형성된다. 보다 구체적으로, 제1 내지 제4 도체(72a-72d) 각각은 빗의 몸체 부분을 형성하는 연결 패턴(B1)과, 연결 패턴(B1)에서 수직하게 연장되어 빗살 부분을 형성하는 다수의 빗살 패턴(B2)으로 구성될 수 있다.

제1 도체(72a)와 제2 도체(72b)는 2개의 도전층 중 상부 층(이하 상부 도전층)에 배치되며 제3 도체(72c)와 제4 도체(72d)는 하부 층(이하 하부 도전층)에 배치된다.

절연층(77)의 중심을 가로지르는 제1 중심선(C1)을 기준으로, 서로 선대칭을 이루도록 배치된다. 이때, 제1 도체(72a)와 제2 도체(72b)는 연결 패턴이 절연층(77)의 가장자리 부분에 위치하도록 배치된다.

제3 도체(72c)와 제4 도체(72d)는 절연층(77)의 중심을 가로지르는 제2 중심선(C2)을 기준으로, 서로 선대칭을 이루도록 배치된다. 마찬가지로, 제3 도체(72c)와 제4 도체(72d)도 연결 패턴(B1)이 절연층(77)의 가장자리 부분에 위치하도록 배치된다.

제1 중심선(C1)과 제2 중심선(C2)은 서로 직교하도록 구성된다. 따라서 제3 도체(72c)와 제4 도체(72d)는 제1 도체(72a)와 제2 도체(72b)가 배치되는 상부 도전층을 90° 회전시킨 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 제1 도체(72a)와 제2 도체(72b)가 열확산 부재(80)의 접촉부(도 7의 82)와 접촉하기 위해, 하부 도전층에는 2개의 접속 패턴(72a’, 72b’)이 구비된다. 접속 패턴들(72a’, 72b’)은 선형으로 형성되며 절연층(77)의 가장자리 중 제1 도체(72a) 및 제2 도체(72b)의 연결 패턴(B1)과 대면하는 위치에 각각 배치된다.

접속 패턴(72a’, 72b’)이 배치되는 위치는 방열 부재가 열확산 부재(도 7의 80)에 결합될 때 접촉부(82)와 접촉될 수 있는 위치로 한정된다.

접속 패턴(72a’, 72b’)은 도전성 비아(79)를 통해 상부 도전층과 연결된다. 도전성 비아(79)는 접속 패턴(72a’, 72b’)의 길이 방향을 따라 다수개가 이격 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 도시되어 있지 않지만, 본 실시예의 접속 패턴(72a’, 72b’) 형상에 대응하여 접촉부(82)도 접속 패턴(72a’, 72b’)과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 제3 도체(72c)와 제4 도체(72d)는 절연층(77)의 하부면에 배치되므로, 제3 도체(72c)와 제4 도체(72d) 중 연결 패턴(B1)의 일부 또는 전체가 접속 도체로 기능한다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 방열 부재는 전기적으로 연결되지 않는4개의 선형 도체(72a-72d)를 포함하며, 4개의 선형 도체(72a-72d)는 각각 서로 다른 접촉부(82)에 연결된다. 따라서 4개의 선형 도체(72a-72d)에서 발생되는 열은 서로 다른 열확산 부재(80)에 전달된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 부재를 도시한 도면으로, (a)는 방열 부재의 상면을 도시하고 있으며, (b)는 방열 부재의 하면을 도시하고 있다.

도 11을 참조하면, 본 실시예의 방열 부재는 하부 도전층에 배치되는 제3 도체(72c)의 빗살 패턴(B2)과, 제4 도체(72d)의 빗살 패턴(B2)이 서로 맞물리는 형태로 형성된다. 이에 하부 도전층은 제3 도체(72c)의 빗살 패턴들 사이에 제4 도체(72d)의 빗살 패턴들이 삽입 대치되는 형태로 구성된다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열 부재를 도시한 도면으로, (a)는 방열 부재의 상면을 도시하고 있으며, (b)는 방열 부재의 하면을 도시하고 있다.

도 12를 참조하면, 본 실시예의 방열 부재는 상부 도전층에 배치되는 제1 도체(72a)의 빗살 패턴(B2)과, 제2 도체(72b)의 빗살 패턴(B2)도 서로 맞물리는 형태로 형성된다. 이에 상부 도전층은 제1 도체(72a)의 빗살 패턴들 사이에 제2 도체(72b)의 빗살 패턴들이 삽입 대치되는 형태로 구성된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 방열 부재(70)는 다양한 형태로 변형될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

예를 들어 전술한 실시예들에서는 하나의 절연층만 구비하는 방열 부재를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 절연층을 복수의 층으로 구성하고, 절연층들 사이에 복수의 도전층을 구비하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한 전술된 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.

10: 휴대 단말기
11: 전력 수신 모듈
20: 충전기
22: 전압 변환부
30: 전력 송신 모듈
50: 케이스
70: 방열 부재
71: 도전층
72: 선형 도체
73: 면형 도체
77: 열확산 부재
77: 절연층
80: 열확산 부재

Claims (16)

1. 제1 케이스;
   상기 제1 케이스에 결합되는 방열 부재;
   무선으로 전력을 송신하거나 수신하는 코일부;
   상기 코일부를 수용하는 수용 공간을 구비하며, 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스; 및
   상기 제2 케이스의 측면에 결합되고 상기 방열 부재와 연결되어 상기 방열 부재에서 발생되는 열을 상기 제2 케이스로 전달하는 열확산 부재;
   를 포함하는 무선 충전 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 열확산 부재는,
   적어도 일부가 용기 형태로 형성되는 상기 제2 케이스의 측면에 배치되는 무선 충전 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 방열 부재는,
   절연층과 상기 절연층 상에 배치되는 도전층을 포함하는 무선 충전 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 열확산 부재는 상기 제2 케이스의 상단에 배치되는 다수의 접촉부를 포함하고,
   상기 방열 부재는 상기 절연층의 일면에 배치되며 상기 도전층과 연결되는 다수의 접촉 패드를 포함하며,
   상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스는 상기 접촉부들이 상기 접촉 패드들에 접촉되도록 결합되는 무선 충전 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 방열 부재는,
   상기 코일부와 대면하는 영역인 자속 형성부에 배치되는 다수의 선형 도체와, 상기 자속 형성부의 둘레를 따라 고리 형태로 배치되는 하나의 면형 도체를 포함하는 무선 충전 장치.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 방열 부재는,
   상기 면형 도체의 반경 방향으로 상기 면형 도체를 절개하는 절개부를 포함하는 무선 충전 장치
   
7. 제6항에 있어서, 상기 열확산 부재는,
   상기 면형 도체와 연결되는 무선 충전 장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 열확산 부재는,
   금속 재질 또는 그래파이트(graphite) 재질로 형성되는 무선 충전 장치.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 열확산 부재는,
   상기 제1 케이스의 측면에 매립되는 무선 충전 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는 다수의 선형 도체를 포함하며,
    상기 열확산 부재는 상기 선형 도체에 연결되는 무선 충전 장치.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 방열 부재는,
    상기 선형 도체들 각각의 선폭이 200㎛ 이하로 구성되는 무선 충전 장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 케이스는 바닥면이 히트 싱크로 구성되며, 상기 열확산 부재는 상기히트 싱트에 연결되는 무선 충전 장치.
    
13. 제1항에 있어서, 상기 열확산 부재는,
    상기 제1 케이스의 외부로 노출되는 노출부를 구비하는 무선 충전 장치.
    
14. 제3항에 있어서, 상기 방열 부재는,
    상기 절연층의 일면에서 서로 이격 배치되는 제1 도체와 제2 도체, 상기 절연층의 타면에서 서로 이격 배치되는 제3 도체와 제4 도체를 포함하며,
    상기 제1 도체 내지 상기 제4 도체는 각각 상기 열확산 부재와 연결되는 무선 충전 장치.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 도체 내지 상기 제4 도체 각각은,
    각각 상기 절연층의 가장 자리에 배치되는 연결 패턴과, 상기 연결 패턴에서 직교하는 방향으로 연장되는 다수의 빗살 패턴을 포함하는 무선 충전 장치.
    
16. 무선으로 전력을 송신하거나 수신하는 코일부;
    상기 코일부를 내부에 수용하는 케이스;
    상기 케이스 중 상기 전력이 송수신되는 면에 결합되는 방열 부재; 및
    상기 방열 부재에서 연장되는 열확산 부재;
    를 포함하며,
    상기 방열 부재는 절연층과, 상기 절연층 상에 배치되는 적어도 하나의 선형 배선, 및 상기 선형 배선과 연결되는 다수의 접촉 패드를 구비하고,
    상기 열확산 부재는 상기 접촉 패드들에 각각 연결되는 다수의 접촉부를 포함하는 무선 충전 장치.
    

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