KR20210029563A - 코일 장치 및 이를 구비하는 기기 - Google Patents

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KR20210029563A
KR20210029563A KR1020190110953A KR20190110953A KR20210029563A KR 20210029563 A KR20210029563 A KR 20210029563A KR 1020190110953 A KR1020190110953 A KR 1020190110953A KR 20190110953 A KR20190110953 A KR 20190110953A KR 20210029563 A KR20210029563 A KR 20210029563A
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Abstract

본 발명은, 코일 장치 및 이를 구비하는 기기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 장치는, 서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 포함하고, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 배치되는 코일 패턴, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 배치되는 연결 패턴 및 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고, 코일 패턴은, 적어도 하나의 영역에서, 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고, 복수의 비아는, 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고, 연결 패턴은, 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고, 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴을 제외한 나머지 서브 패턴과 교차되도록 배치될 수 있다. 따라서, 일정 간격을 두고 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 통해, 코일 장치의 두께를 줄이면서도, 표피 효과(skin effect)를 줄여, 코일 패턴의 저항 증가로 인한 발열 문제를 해결할 수 있고, 코일 패턴이 권선되는 동안, 복수의 서브 패턴이 서로 교차되도록 배치함으로써, 복수의 서브 패턴의 단면적을 모두 동일하게 형성할 수 있다. 그 외에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

코일 장치 및 이를 구비하는 기기{COIL DEVICE AND APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 코일 장치 및 이를 구비하는 기기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기판에 형성된 코일 패턴을 이용하여, 전력을 송수신하는 코일 장치 및 이를 구비하는 기기에 관한 것이다.
일반적으로 전자기기에 전력을 공급하는 경우, 전자기기에 물리적인 케이블 또는 전선을 연결하여 상용전원을 공급하는 단자 공급 방식이 사용된다. 이러한, 단자 공급 방식은, 케이블 또는 전선들이 상당한 공간을 차지하고, 정리가 용이하지 않으며, 단선의 위험이 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 전력 전송 방식에 대한 연구가 논의되고 있다.
무선 전력 전송 시스템은, 단일 코일 또는 멀티 코일을 통해 전력을 공급하는 무선 전력 전송 장치와, 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 공급되는 전력을 수신하여 이를 사용하는 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 공급 방법으로는 유도 결합 방식(inductive coupling) 방식이 주로 사용되고 있으며, 이 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면, 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일을 지나는 자속이 변하게 되어, 2차 코일 측에 유도 기전력이 생기는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일을 이격시킨 채 1차 코일의 전류만 변화시키면, 유도 기전력이 생기게 된다.
한편, 일반적인 코일 장치의 경우, 선행기술 1(일본 공개특허공보 제2008-172871호)와 같이, 와이어 형태의 코일을 이용하나, 코일의 두께가 두껍고, 권선 수가 증가할수록 코일이 적층되어 장치의 두께가 두꺼워져, 조립성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 선행기술 2(한국 공개특허공보 제10-2013-0110397호)와 같이, 기판에 형성된 코일 패턴을 이용하는 경우, 장치의 두께를 줄일 수 있으나, 주파수가 높은 교류 전류가 흐를 때 도체의 겉 둘레로 전류가 흐르는 표피 효과(skin effect)로 인해 전류가 흐르는 코일 패턴의 유효 면적이 감소하고, 코일 패턴의 저항이 증가하게 되어, 발열이 심해지고, 전력 송수신의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
JP 2008-172871 A KR 10-2013-0110397 A
본 발명은, 코일 패턴이 복수의 서브 패턴을 포함하도록 구성하여, 코일 패턴의 저항을 감소시킴으로써, 발열을 저감할 수 있는 코일 장치 및 이를 구비하는 기기를 제공함에 있다.
본 발명은, 복수의 서브 패턴의 단면적을 동일하게 형성하여, 각 서브 패턴에 전류가 동일하게 흐르도록 하는 코일 장치 및 이를 구비하는 기기를 제공함에 있다.
본 발명은, 단면적이 동일한 복수의 서브 패턴을 포함하는 코일 패턴을 복수 개 포함하고, 복수의 코일 패턴들이 서로 중첩되도록 구성하여, 무선 전력의 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 코일 장치 및 이를 구비하는 기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 장치는, 일정 간격을 두고 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴으로 구성된 코일 패턴을 포함하고, 코일 패턴은, 복수의 서브 패턴의 배열 순서를 변경하면서 권선되도록 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 장치는, 서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 포함하고, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 배치되는 코일 패턴, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 배치되는 연결 패턴 및 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고, 코일 패턴은, 적어도 하나의 영역에서, 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고, 복수의 비아는, 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고, 연결 패턴은, 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고, 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴을 제외한 나머지 서브 패턴과 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 장치는, 서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 제1 서브 패턴을 포함하고, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 배치되는 제1 코일 패턴, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 배치되는 제2 코일 패턴, 제2 레이어에 배치되는 제1 연결 패턴 및 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고, 제1 코일 패턴은, 제2 코일 패턴과 일부 중첩되도록 배치되고, 제2 코일 패턴과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 복수의 제1 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고, 복수의 비아는, 연결이 단절된 적어도 하나의 제1 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고, 제1 연결 패턴은, 연결이 단절된 적어도 하나의 제1 서브 패턴의 단부에 형성된 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고, 제2 코일 패턴과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 연결이 단절된 적어도 하나의 제1 서브 패턴을 제외한 나머지 제1 서브 패턴과 교차될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기기는, 코일 장치를 구비하고, 상기 코일 장치는, 서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 포함하고, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 배치되는 코일 패턴, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 배치되는 연결 패턴 및 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고, 코일 패턴은, 적어도 하나의 영역에서, 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고, 복수의 비아는, 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고, 연결 패턴은, 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고, 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴을 제외한 나머지 서브 패턴과 교차되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 코일 패턴이 일정 간격을 두고 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 포함하도록 구성함으로써, 코일 장치의 두께를 줄이면서도, 표피 효과(skin effect)를 줄여, 코일 패턴의 저항 증가로 인한 발열 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 코일 패턴이 권선되는 동안, 복수의 서브 패턴이 서로 교차되도록 배치함으로써, 복수의 서브 패턴의 배열 순서를 변경하여, 복수의 서브 패턴의 단면적을 모두 동일하게 형성할 수 있고, 이를 통해 복수의 서브 패턴에 전류가 동일하게 흐르도록 할 수 있어, 코일 장치의 발열을 보다 확실히 저감할 수 있고, 무선 전력의 송수신 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 단면적이 동일한 복수의 서브 패턴을 포함하는 코일 패턴을 복수 개 포함하고, 코일 패턴들이 서로 중첩되도록 구성하며, 서로 중첩되는 영역을 제외한 나머지 영역에서 서브 패턴들이 서로 교차되도록 배치함으로써, 무선 전력의 송수신 성능 및 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 내부 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신 장치의 내부 블록도이다.
도 4a 내지 4d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 5a 및 5b는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6a 내지 6d는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 서브 패턴이 배열이 변경되는 횟수에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a 및 7d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 복수의 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a 및 8b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 복수의 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치(100) 및 전송된 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 코일(181)에 흐르는 전류에 의한 자기장의 변화에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(281)에 전류가 유도되는 자기 유도 현상을 이용하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, WPC(Wireless Power Consortium) 또는 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전방식을 이용할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 자기공명 방식의 무선 충전방식을 이용할 수 있다.
이하, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 코일(181)과, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(281)의 구분을 위해, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 코일(181)을 송신 코일로 명명할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(281)을 수신 코일로 명명할 수 있다.
일 실시예에 따라, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)는, 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 시분할 방식에 따라 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 무선 전력 수신 장치(200) 각각에 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수도 있다.
한편, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신 장치(200)의 개수는, 복수의 무선 전력 수신 장치(200) 각각의 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 무선 전력 전송 장치(100)가, 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치(200)는, 복수의 무선 전력 전송 장치(100)와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 전송 장치(100)로부터 동시에 전력을 수신할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)의 개수는, 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치(200) 각각의 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송된 전력을 수신할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 모바일 폰(mobile phone), 노트북 (laptop computer), 스마트 워치(smart watch)와 같은 웨어러블 디바이스, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 조명 장치, 리모컨과 같은 전자기기일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 배터리 충전이 가능한 전자기기라면 족하다.
무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, 상호 간에 통신할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, 단방향 통신 또는 반이중 통신하는 것도 가능하다.
이 때, 통신 방식은, 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 사용하는 인밴드(in-band) 통신 방식 및/또는 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 주파수 대역을 사용하는 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 상호 간에 송수신하는 데이터는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터, 배터리의 출력 전압 및/또는 출력 전류에 관한 데이터, 제어 명령과 관련된 데이터 등을 포함할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 내부 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어하는 제어부(160), 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 무선 전력 구동부(170) 및 변환된 교류 전원을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 전력 전송부(180)를 구비할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)는, 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(110), 무선 전력 전송 장치(100)의 구동을 위한 제어 프로그램 등을 저장하는 메모리(120), 전력 전송부(180)에 구비된 구성에 입력되는 전류 및/또는 전압을 감지하는 센싱부(130), 및/또는 소정의 통신 방식에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신하는 제1 및 제2 통신부(140, 150)를 더 포함할 수 있다.
컨버터(110)는, 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 출력할 수 있다. 이때, 교류 전원은, 단상 교류 전원 또는 3상 교류 전원일 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성은 컨버터(110)로부터 출력된 직류 전원에 의해 동작할 수 있다.
도면에서는, 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 한편, 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(110)의 내부 구조도 달라질 수 있다.
컨버터(110)는, 브릿지 다이오드를 구비할 수 있다. 예를 들면, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍 또는 세 쌍의 상, 하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 한편, 컨버터(110)는, 복수의 스위칭 소자를 더 포함할 수도 있다.
메모리(120)는, 제어부(160)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 무선 전력 전송 장치(100) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
예를 들면, 복수의 코일(181 내지 184)의 적어도 일부가 서로 겹쳐져 층(layer)을 형성하는 경우, 복수의 코일(181 내지 184)에서 충전 영역으로 출력되는 신호의 세기가 복수의 코일(181 내지 184) 별로 상이할 수 있고, 이러한 신호 세기의 차이로 인해 물체 감지 여부 등을 판단함에 있어서 오류가 발생할 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복수의 코일(181 내지 184)에서 출력되는 신호의 세기를, 복수의 코일(181 내지 184)과 충전 영역 간의 거리를 고려하여, 각 코일 별로 보상하여 설정할 수 있다.
예를 들어, 충전 영역과 코일 사이의 거리가 멀수록, 출력 세기가 큰 신호가 출력되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 충전 영역과 코일 사이의 거리가 멀수록, 출력 세기가 큰 신호가 출력되도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 복수의 코일(181 내지 184)에서 출력되는 신호의 충전 영역에서의 신호 세기는 모두 동일할 수 있다.
센싱부(130)는, 전력 전송부(180)에 입력되는 전류, 전압, 송신 코일(181)의 온도 등을 감지할 수 있다. 예를 들면, 전력 전송부(180)가 송신 코일(181) 및 송신 코일(181)에 접속되는 커패시터를 구비하는 경우, 센싱부(130)는, 코일 및 커패시터 전체의 양단에 인가되는 전압(V1)과, 코일 양단에 인가되는 전압(V2)을 모두 감지할 수 있다.
제1 및 제2 통신부(140, 150)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신할 수 있다.
제1 통신부(140)는, 제1 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제1 통신부(140)는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
제2 통신부(150)는, 무선 전력 수신 장치(200)와 제1 통신 방식과는 상이한 제2 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제2 통신부(150)는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
제1 및 제2 통신부(140, 150)는, 무선 전력 전송 장치(100)에서 송출되는 신호 및 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 신호를 변복조(modulation/demodulation)하기 위한, 변복조부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 통신부(140, 150)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 신호를 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 필터부는, 대역통과필터(Band Pass Filter; BPF)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 통신 방식은, 인밴드(in-band) 통신 방식일 수 있다. 예를 들면, 제1 통신부(140)가 인밴드(in-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제1 통신부(140)와 전력 전송부(180)는 하나의 구성으로 구현될 수 있고, 제1 통신부(140)는 송신 코일(181)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 통신을 수행할 수 있다.
한편, 제2 통신 방식은, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다. 예를 들면, 제2 통신부(150)가 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제2 통신부(150)와 전력 전송부(180)는 서로 구분되는 구성으로 각각 구현될 수 있고, 제2 통신부(150)는 별도의 통신 모듈을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 통신을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식에서 사용되는 통신 모듈은, 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 무선랜(wireless LAN), NFC(Near Field Communication)과 같은 근거리 통신 방식을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)에서 사용되는 통신 방식은, 무선 전력 수신 장치(200)에 대한 데이터 등에 기초하여, 제1 및 제2 통신 방식 중 적어도 어느 하나로 변경될 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성과 상호 간에 신호를 송수신할 수 있고, 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(160)는, 펄스폭 변조 방식(pulse width modulation; PWM)의 신호를 발생하는 PWM 발생부(160a) 및 PWM 신호에 기초하여, 구동 신호(Sic)를 생성하여 무선 전력 구동부(170)로 출력하는 드라이버(160b)를 구비할 수 있다.
무선 전력 구동부(170)는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위한 적어도 하나의 스위칭 소자(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자가 IGBT(insulated gate bipolar transistor)인 경우, 드라이버(160b)에서 출력된 구동 신호(Sic)가 스위칭 소자의 게이트 단자에 입력될 수 있다.
한편, 무선 전력 구동부(170)에 구비된 스위칭 소자는, 구동 신호(Sic)에 따라, 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전원이 교류 전원으로 변환되어, 전력 전송부(180)에 출력될 수 있다.
무선 전력 구동부(170)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하는 인버터(미도시)를 구비할 수 있다.
전력 전송부(180)는, 송신 코일(181)을 포함할 수 있다.
송신 코일(181)은, 원형(round), 부채꼴(circular sector) 형상이나, 삼각형(triangular), 사각형(rectangular)과 같은 다각형 형상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 전송부(180)는, 복수의 송신 코일(181)을 포함할 수 있다. 복수의 송신 코일(181)은, 서로 인접하여 배치될 수 있고, 동일 평면상에 배치될 수 있다. 한편, 복수의 송신 코일(181)은, 부분적으로 중첩될 수도 있다.
한편, 송신 코일(181)은, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 수신 코일(281)과 이격되어 있어, 누설 인덕턴스가 높고, 결합 계수(coupling factor)가 낮으므로 전송 효율이 낮을 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 전력 전송부(180)는, 송신 코일(181)에 접속되는 커패시터 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 커패시터 소자가 송신 코일(181)에 직렬 접속될 수 있고, 실시예에 따라, 송신 코일(181)에 커패시터 소자가 병렬 접속되어 공진 회로를 형성할 수도 있다.
전력 전송부(180)는, 전력 전송의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
공진 주파수는, 이하 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00001
공진 주파수(f)는, 송신 코일(181)의 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 인덕턴스(L)는 송신 코일(181)의 회전 수 등에 따라 결정될 수 있고, 커패시턴스(C)는 송신 코일(181)의 면적 등에 따라 결정될 수 있다.
전력 전송부(180)는, 송신 코일(181)에 커패시터 소자가 연결되도록 구성하여, 전력 전송의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
전력 전송부(180)는, 송신 코일(181)로부터 누설되는 자기장을 차폐하는 차폐재(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
차폐재는, 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 붕소(B), 규소(Si) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소의 조합으로 이루어진 페라이트를 포함할 수 있다. 차폐재는, 송신 코일(181)의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하고, 자기장의 방향성을 극대화할 수 있다.
차폐재는, 감자하기 쉽고, 히스테리시스 손실(hysteresis loss)이 적은 연자성체(soft magnetic material)로 구성될 수 있다.
차폐재는, 누설 자기장이 저감되고, 자기장의 방향성이 극대화될 수 있도록, 송신 코일(181)이 배치된 면적보다 클 수 있다.
한편, 복수의 자기 센서는, 차폐재의 외부에 배치될 수 있다.
제어부(160)는, 송신 코일(181)의 공진 주파수를 산출할 수 있다.
제어부(160)는, 전력 전송부(180)에 구비된 송신 코일(181)을 통해, 신호를 송수신할 수 있다.
제어부(160)는, 송신 코일(181)을 통해, 충전 영역에 위치하는 물체(object)의 존재를 판단하기 위한, 물체 감지 신호가 출력되도록 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어할 수 있다.
여기서, 충전 영역은, 무선 전력 전송 장치(100)의 하우징 외면 중 전력 전송부(180)에 대응하는 일 영역을 의미할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 충전 영역에 접하거나, 소정 거리 이내에 위치함으로써 전력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 충전 영역은, 전력 전송부(180)에 구비된 송신 코일(181)에 대응하는 영역일 수 있다.
물체 감지 신호는, 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(analog ping; AP) 신호일 수 있다.
제어부(160)는, 물체 감지 신호의 출력에 따라 송신 코일(181)에 흐르는 전류의 변화량에 기초하여, 충전 영역에 물체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(160)는, 송신 코일(181)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화(awake)시키기 위한, 수신 장치 감지 신호가 출력되도록 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어할 수 있다. 수신 장치 감지 신호는, 디지털 핑(digital ping; DP) 신호일 수 있다.
디지털 핑(DP) 신호는, 무선 전력 수신 장치(200)와의 통신 설정을 시도하기 위하여, 아날로그 핑(AP) 신호에 비해 듀티가 크게 설정될 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 송신 코일(181)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 출력되는, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 디지털 핑(DP) 신호를 변조(modulate)할 수 있고, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 응답 신호로서 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
제어부(160)는, 수신 장치 감지 신호에 대한 응답 신호에 기초하여, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는, 응답 신호로서 수신된, 변조된 디지털 핑(DP) 신호를 복조(demodulate)하여 디지털 형태의 데이터를 획득할 수 있고, 획득한 데이터에 기초하여, 충전 영역에 위치하는 물체가 무선 전력 수신 장치(200)인지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(160)는, 송신 코일(181)의 품질 계수(quality factor; Q)를 산출할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 센싱부(130)를 통해, 송신 코일(181) 및 송신 코일(181)에 접속된 커패시터에 인가되는 전압(V1)과, 송신 코일(181)의 양단에 인가되는 전압(V2)을 검출할 수 있고, 이에 기초하여, 송신 코일(181)의 품질 계수를 산출할 수 있다.
구체적으로, 동작 주파수(또는 가용 주파수) 대역 내에서, 낮은 주파수부터 높은 주파수로 주파수 스윕(frequency sweep)되는 경우, 코일 및 커패시터에 인가되는 전압(V1)은, 주파수 스윕에도 불구하고, 변하지 않는 것이 일반적이나, 충전 영역에 물체가 존재하는 시점에 다소 감소할 수 있다. 한편, 코일 양단에 인가되는 전압(V2)은, 주파수 스윕에 따라, 점차 상승하다가 하강하는 것으로 변경될 수 있다.
제어부(160)는, 이하 수학식 2에 따라 송신 코일(181)의 품질 계수를 산출할 수 있다.
Figure pat00002
제어부(160)는, 제1 및 제2 통신부(140, 150) 중 적어도 하나를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 통신할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 제1 통신부(140)가 인밴드(in-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 송신 코일(181)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 데이터가 포함된 신호를 송수신할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 제2 통신부(150)가 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 별도의 통신 모듈을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 데이터가 포함된 신호를 송수신할 수 있다.
제어부(160)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어하여, 전력 전송부(180)를 통해 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 무선 전력 구동부(170)를 통해 송신 코일(181)에 교류 전원이 공급되도록 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성을 제어하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 출력부는, 디스플레이, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등의 표시 장치 및/또는 스피커, 버저 등의 오디오 장치를 구비할 수 있다.
제어부(160)는, 출력부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
제어부(160)는, 출력부를 통해, 송신 코일(181)과 수신 코일(281) 간의 정렬 상태에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 출력부에 구비된 표시 장치를 통해, 송신 코일(181)과 수신 코일(281) 간의 정렬 상태에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 출력부에 구비된 오디오 장치를 통해, 송신 코일(181)과 수신 코일(281) 간의 정렬 상태에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
제어부(160)는, 제1 및 제2 통신부(140, 150) 중 적어도 어느 하나를 통해, 송신 코일(181)과 수신 코일(281) 간의 정렬 상태에 대한 데이터를 포함하는 신호를, 무선 전력 수신 장치(200)로 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 복수의 송신 코일(181)의 위치를 결정하는 위치 결정부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 위치 결정부는, 송신 코일(181)을 이동 및/또는 회전시키는 구동부(미도시)를 구비할 수 있다.
제어부(160)는, 송신 코일(181)에 대응하는 영역에 대한, 무선 전력 수신 장치(200)의 위치에 기초하여, 위치 결정부의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(160)는, 복수의 자기 센서 각각에 대한 벡터 합의 방향에 따라, 벡터 합의 크기만큼 충전 영역의 중심부가 이동하도록, 위치 결정부를 제어할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신 장치의 내부 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신부(280), 수신된 전력을 정류하는 정류부(210), 정류된 전력을 안정화하는 스위칭 레귤레이터(220) 및/또는 스위칭 레귤레이터(220)를 제어하여, 부하에 동작 전원을 출력하는 스위칭 레귤레이터 제어부(230)를 포함할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)와 통신하기 위한, 제1 통신부(240) 및 제2 통신부(250)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 통신부(240)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제1 통신부(140)와 동일 또는 유사한 구성일 수 있다. 또한, 제2 통신부(250)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제2 통신부(150)와 동일 또는 유사한 구성일 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제1 통신부(240)를 통해, 인밴드(in-band) 통신 방식으로 무선 전력 전송 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제2 통신부(250)를 통해, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 무선 전력 전송 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
전력 수신부(280)는, 전력 전송부(180)로부터 전송된 전력을 수신할 수 있다. 이를 위해, 전력 수신부(280)는, 적어도 하나의 수신 코일(281)을 구비할 수 있다.
수신 코일(281)은, 송신 코일(181)에서 발생된 자기장에 의해, 유도 기전력이 발생될 수 있다. 유도 기전력에 의한 전력은, 정류부(210) 및 스위칭 레귤레이터(220)를 통해, 부하에 공급될 수 있다. 예를 들면, 부하가 배터리인 경우, 유도 기전력에 의한 전력은, 배터리를 충전하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명에서는, 정류부(210) 및 스위칭 레귤레이터(220)를 통해 전력이 공급되는 부하가 배터리인 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
수신 코일(281)은, 인쇄회로 기판(PCB)에 박막 형태의 도전성 패턴으로 형성될 수 있다. 수신 코일(281)은, 폐루프(closed loop) 형상으로, 패드(미도시)에 인쇄될 수 있다. 수신 코일(281)의 극성은, 동일한 방향으로 극성을 갖도록 권회하는 형상일 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부(미도시) 및/또는 수신 코일(281)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(미도시)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)을 통해 전력이 수신되는 경우, 수신 코일(281)에 인가되는 전압 및/또는 수신 코일(281)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제1 및 제2 통신부(240, 250) 중 어느 하나를 통해, 수신 코일(281)에 인가되는 전압, 수신 코일(281)에 흐르는 전류, 수신 코일(281)을 통해 수신된 전력 등에 대한 데이터를 포함하는 신호를 출력할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(200)에 구비된 전력 수신부(280)와 공진 회로를 형성하기 위한, 적어도 하나의 커패시터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 커패시터는, 수신 코일(281)에 직렬 또는 병렬 접속될 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(281)의 일측에 배치되어, 누설되는 자기장을 차폐하는 차폐재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 송신 장치(100)에 구비된 차폐재와 동일/유사한 차폐재를 포함할 수 있다.
정류부(210)는, 수신 코일(281)을 통해 수신되는 전력을 정류할 수 있다. 정류부(210)는, 적어도 하나의 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
스위칭 레귤레이터(220)는, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)의 제어에 따라, 정류부(210)에서 정류된 전력을 배터리에 공급할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 레귤레이터(220)는, 정류부(210)에서 정류된 전력을 배터리에 공급되는 충전 전원(v)으로 출력할 수 있다.
스위칭 레귤레이터 제어부(230)는, 스위칭 레귤레이터(220)로 레귤레이터 제어 신호(Src)를 출력하여, 충전 전원(v)이 배터리로 출력되도록 제어할 수 있다.
한편, 스위칭 레귤레이터(220)는, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)의 레귤레이터 제어 신호(Src)에 따라, DC-DC 컨버팅을 수행하여, 출력 전압을 조절할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(220)는, 레귤레이터 제어 신호(Src)를 기초로, 소정 크기의 전압을 갖는 충전 전원(v)을 출력할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)에는, 별도의 프로세서(processor)가 포함되지 않고, 정류된 충전 전원(v)이 스위칭 레귤레이터(220)에 의해 소정 크기의 전압으로 출력되는 때에, 스위칭 레귤레이터 제어부(230)에 의해 스위칭 레귤레이터(220)가 제어될 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)가 프로세서를 구비하지 않는 경우, 하드웨어 구성이 단순화되고, 소비 전력이 감소하는 효과가 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 코일 장치는, 무선 전력 전송 장치(100)에서 송신 코일(181)로 구비될 수도 있고, 무선 전력 수신 장치(200)에서 수신 코일(281)로 구비될 수도 있다.
도 4a 내지 4d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 4a는, 코일 장치(300)의 평면도이다.
코일 장치(300)는, 코일 패턴(310)이 형성된 인쇄 회로 기판(미도시)을 포함할 수 있다. 코일 패턴(310)은, 인쇄 회로 기판의 일면에 형성될 수 있다.
코일 패턴(310)이 형성되는 인쇄 회로 기판은, 복수의 레이어에 패턴 형성이 가능한 다층 인쇄 회로 기판일 수 있다. 코일 패턴(310)은, 인쇄 회로 기판의 복수의 레이어에 형성될 수 있다.
코일 패턴(310)은, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)을 포함할 수 있다. 본 발명에서는, 코일 패턴(310)이 네 개의 서브 패턴을 포함하는 것으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 둘, 셋 또는 다섯 이상의 복수의 서브 패턴을 포함할 수도 있다.
복수의 서브 패턴(321 내지 324)은, 일정 간격을 두고, 서로 인접하여 나란히 형성될 수 있다. 여기서, 복수의 서브 패턴(321 내지 324) 사이의 부분은, 슬릿(slit)으로 명명할 수 있다. 한편, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)은, 트레이스(trace)로 명명할 수 있다.
복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 일단은, 서로 연결될 수 있다. 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 타단은, 서로 연결될 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 구동부(170)로부터 공급되는 교류 전원은, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 일단 및 타단을 통해, 입력 및 출력될 수 있다.
코일 패턴(310)은, 적어도 1회 권선되는 구조로 형성될 수 있다. 코일 패턴(310)은, 나선형 구조로 형성될 수 있다. 본 발명에서는, 시계 방향으로 회전하면서 중심으로 연장되는 나선형 구조를 기준으로 설명하도록 한다.
코일 패턴(310)은, 적어도 하나의 영역에서, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 복수의 서브 패턴(321 내지 324) 중, 코일 패턴(310)의 내부 둘레에 배치된 제4 서브 패턴(324)이, 제1 영역(410)을 기준으로, 코일 패턴(310)의 외부 둘레에 배치되도록, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4b 내지 4d를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4b는, 제1 영역(410)을 보다 구체적으로 나타낸 사시도이고, 도 4c는, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 형성된 코일 패턴(310)과, 제2 레이어에 형성된 연결 패턴(411)을 나타낸 도면이고, 도 4d는, 코일 장치의 정면도이다.
도 4b를 참조하면, 제4 서브 패턴(324)은, 제1 영역(410)에서 연결이 단절되도록 형성될 수 있다.
한편, 연결이 단절된 제4 서브 패턴(324)의 단부에는 각각 비아(via; via hole) (421, 422)가 형성될 수 있고, 연결이 단절된 제4 서브 패턴(324)의 단부에 형성된 비아들(421, 422)을 연결하는 형태로 연결 패턴(411)이 형성될 수 있다.
이때, 제4 서브 패턴(324)는, 비아(421, 422) 및 연결 패턴(411)을 통해, 다시 전기적으로 연결될 수 있다.
연결 패턴(411)은, 제1 영역(410)에서, 연결이 단절된 제4 서브 패턴(324)을 제외한 나머지 서브 패턴(321, 322, 323)과 교차되도록 배치될 수 있고, 이를 통해 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경될 수 있다.
한편, 연결 패턴(411)과, 연결이 단절된 제4 서브 패턴(324)을 제외한 나머지 서브 패턴(321, 322, 323) 사이에는, 절연층이 배치될 수 있다.
도 4c의 도면부호 401을 참조하면, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에는, 코일 패턴(310)이 형성될 수 있다. 이때, 제4 서브 패턴(324)은, 제1 영역(410)에서 연결이 단절되도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 서브 패턴(321, 322, 323)은, 제1 영역(410)에서, 연결이 단절된 제4 서브 패턴(324)의 단부 사이에 형성될 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 서브 패턴(321, 322, 323)은, 제1 영역(410)에서 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되도록, 소정 각도만큼 구부러져 형성될 수 있다.
한편, 도 4c의 도면부호 402를 참조하면, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에는, 연결 패턴(411)이 형성될 수 있다. 이때, 연결 패턴(411)은, 제1 레이어에서 연결이 단절된 제4 서브 패턴(324)의 단부에 형성된 비아들(421, 422)을 연결하는 형태로 배치될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 코일 패턴(310)이 인쇄 회로 기판의 제1 레이어(Ly1)에 형성된 것을 확인할 수 있고, 연결 패턴(411)이 제2 레이어(Ly2)에 형성된 것을 확인할 수 있다.
한편, 제1 레이어(Ly1)에 형성된 코일 패턴(310)과 제2 레이어(Ly2)에 형성된 연결 패턴(411)은, 제1 레이어(Ly1)와 제2 레이어(Ly2) 사이에 형성되는 비아(421, 422)를 통해 연결될 수 있다.
상기와 같이, 코일 패턴(310)이 복수의 서브 패턴(321 내지 324)을 포함하도록 형성되는 경우, 코일 패턴(310)이 단일 패턴으로 형성되는 경우에 비해 표피 효과(skin effect)를 줄일 수 있고, 이를 통해 코일 패턴(310)의 저항을 줄일 수 있어, 코일 장치(300)의 발열을 저감할 수 있다.
한편, 코일 패턴(310)에 포함된 복수의 서브 패턴(321 내지 324)이 일정한 배열 순서로만 권선되는 경우, 코일 패턴(310)을 이루는 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적이 서로 상이하여, 임피던스 차이로 인해 전류가 복수의 서브 패턴(321 내지 324)에 동일/유사하게 흐르지 못하는 문제점이 있다.
그러나 상기와 같이, 적어도 하나의 영역에서, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 경우, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적 차이가 줄어들어, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 임피던스 차이가 줄어들고, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)에 전류가 보다 일정하게 흐를 수 있다.
한편, 코일 장치(300)에서, 서브 패턴의 연결이 단절되는 영역의 개수와, 서브 패턴의 연결이 단절되는 횟수는, 서브 패턴의 개수 및 코일 패턴(310)의 권선 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5a, 5b, 및 6a 내지 6d를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5a 및 5b는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 5a는, 코일 장치(300)의 평면도이고, 도 5b는, 코일 장치(300)의 좌측면도이다.
도 5a를 참조하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 개수는 네 개이고, 코일 패턴(310)은 1회 권선된 것을 확인할 수 있다.
이때, 코일 패턴(310)이 1회 권선되는 동안, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)이 3회 단절되는 경우, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적이 일정하게 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1 영역(510)에서는 제1 서브 패턴(321)의 연결이 단절되도록 형성될 수 있고, 연결이 단절된 제1 서브 패턴(321)의 단부에 각각 비아(521, 522)가 형성될 수 있다. 한편, 연결이 단절된 제1 서브 패턴(321)의 단부에 형성된 비아들(521, 522)을 연결하는 형태로 연결 패턴(511)이 형성되어, 제1 서브 패턴(321)이 다시 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 영역(520)에서는 제3 서브 패턴(523), 제3 영역(530)에서는 제2 서브 패턴(522)의 연결이 각각 단절되도록 형성될 수 있고, 단절된 단부들에 대응하는 위치에 연결 패턴(512, 513)이 각각 형성될 수 있다.
결과적으로, 제1 영역(510) 이전에는 제1 서브 패턴(321), 제1 영역(510)부터 제2 영역(520)까지는 제4 서브 패턴(324), 제2 영역(520)부터 제3 영역(530)까지는 제3 서브 패턴(323), 제3 영역(530) 이후에는 제2 서브 패턴(322)이 각각 코일 패턴(310)의 외부 둘레에 배치되는 것을 확인할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 코일 패턴(310)이 인쇄 회로 기판의 제1 레이어(Ly1)에 형성된 것을 확인할 수 있고, 연결 패턴(511, 512, 513)이 제2 레이어(Ly2)에 형성된 것을 확인할 수 있다.
한편, 코일 패턴(310)과 연결 패턴(511, 512, 513)은, 비아(521 내지 526)를 통해 연결될 수 있다.
상기와 같이, 코일 패턴(310)이 권선되는 동안, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이, 일정한 순서대로, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 개수에 따라 변경되는 경우, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적이 일정하게 형성될 수 있다.
도 6a 내지 6d는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 복수의 서브 패턴이 배열이 변경되는 횟수에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
코일 패턴(310)에 포함된 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적을 일정하게 형성하기 위한, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수는, 서브 패턴(321 내지 324)의 개수 및 코일 패턴(310)의 권선 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310)에 포함된 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적을 일정하게 형성하기 위한, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 횟수는, 서브 패턴(321 내지 324)의 개수 및 코일 패턴(310)의 권선 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다.
예를 들면, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수는, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 개수와 코일 패턴(310)의 권선 횟수를 곱한 값에 기초하여 결정될 수 있다.
도 6a 내지 6c를 참조하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 개수는 네 개이고, 코일 패턴(310)은 12회 권선된 것을 확인할 수 있다.
복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 개수와 코일 패턴(310)의 권선 횟수를 곱한 값인 48의 약수의 집합은, {1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 48}이고, 약수 중에서 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 개수의 배수의 집합은, {4, 8, 12, 16, 24, 48}인 것을 확인할 수 있다.
이때, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 개수의 배수의 집합에서 1을 각각 뺀 {3, 7, 11, 15, 23, 47}이, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적을 일정하게 형성하는, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수에 해당할 수 있다.
한편, 코일 장치(300)에서 서브 패턴의 연결이 단절되는 영역의 위치 및 개수는, 이하 수학식 3과 같이, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수 및 코일 패턴(310)의 권선 횟수에 기초하여 결정될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3에서 360°는, 코일 패턴(310)이 1회 권선되는 동안의 코일 패턴(310)의 각도 변화를 의미할 수 있다.
한편, 수학식 3에 의해 연산된 결과는, 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 위치 간의 각도 차를 의미할 수 있다.
예를 들면, 도 5a와 같이, 코일 패턴(310)의 권선 횟수가 1회이고, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수가 3회인 경우, 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 위치 간의 각도 차는 90°로 연산될 수 있고, 이에 기초할 때, 도 5a와 같이, 코일 패턴(310)이 형성되는 동안, 코일 패턴(310)의 각도가 90° 변경될 때마다 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 것을 확인할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수가 3회이고, 코일 패턴(310)가 12회 권선되는 경우, 수학식 3에 기초하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 위치 간의 각도 차는 1080°로 연산될 수 있다.
따라서, 코일 패턴(310)이 형성되는 동안, 코일 패턴(310)의 각도가 1080° 변경될 때마다, 다시 말해, 코일 패턴(310)이 3회 권선될 때마다, 제1 영역(610)에서 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 6b를 참조하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수가 11회이고, 코일 패턴(310)가 12회 권선되는 경우, 수학식 3에 기초하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 위치 간의 각도 차는 360°로 연산될 수 있다.
따라서, 코일 패턴(310)이 형성되는 동안, 코일 패턴(310)의 각도가 360° 변경될 때마다, 다시 말해, 코일 패턴(310)이 1회 권선될 때마다, 제1 영역(610)에서 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 6c를 참조하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수가 47회이고, 코일 패턴(310)가 12회 권선되는 경우, 수학식 3에 기초하면, 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 위치 간의 각도 차는 90°로 연산될 수 있다.
따라서, 코일 패턴(310)이 형성되는 동안, 코일 패턴(310)의 각도가 90° 변경될 때마다, 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 것을 확인할 수 있다.
이때, 제1 영역(610)에서 11회, 제2 내지 제4 영역(620, 630, 640)에서 각각 12회씩 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 코일 패턴(310)이 권선되는 동안, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이, 일정한 순서대로, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 개수 및 코일 패턴(310)의 권선 횟수에 따라 변경되는 경우, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 단면적이 보다 일정하게 형성될 수 있다.
또한, 도 6d를 참조하면, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 연결이 단절되는 횟수가 증가할수록, 다시 말해, 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 횟수가 증가할수록, 코일 패턴(310)의 저항 감소율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
예를 들면, 도 6a와 같이 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 횟수가 3회인 경우, 코일 패턴(310)의 저항이 3% 내외로 감소할 수 있고, 도 6c와 같이 복수의 서브 패턴(321 내지 324)의 배열이 변경되는 횟수가 47회인 경우, 코일 패턴(310)의 저항이 16% 내외로 감소할 수 있다.
도 7a 및 7d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 복수의 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 코일 장치(300)는, 복수의 코일 패턴(310a, 310b)이 형성된 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.
복수의 코일 패턴(310a, 310b)은, 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)과, 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)을 각각 포함할 수 있다.
복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)의 일단은 서로 연결될 수 있고, 타단도 서로 연결될 수 있다.
복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)의 일단은 서로 연결될 수 있고, 타단도 서로 연결될 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 구동부(170)로부터 공급되는 교류 전원은, 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)과, 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)에 각각 공급될 수 있고, 각각의 일단 및 타단을 통해 입력 및 출력될 수 있다.
한편, 복수의 코일 패턴(310a, 310b)은, 인쇄 회로 기판의 서로 다른 레이어에 각각 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1 코일 패턴(310a)는, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 형성될 수 있고, 제2 코일 패턴(310b)는, 제2 레이어에 형성될 수 있다.
복수의 코일 패턴(310a, 310b)은, 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 코일 패턴(310b)는, 제1 레이어에 배치된 제1 코일 패턴(310a)와 일부 중첩되도록, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 배치될 수 있다.
한편, 제1 코일 패턴(310a)은, 제2 코일 패턴(310b)과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)의 배열이 변경되도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1 코일 패턴(310a)은, 제2 코일 패턴(310b)과 중첩되지 않는 제1 영역(710)에서, 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a) 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 형성될 수 있다.
한편, 연결이 단절된 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)의 단부에는, 각각 비아(721a, 722a)가 형성될 수 있고, 비아들(721a, 722a)을 각각 연결하는 형태로 제1 연결 패턴(711a)이, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 형성될 수 있다.
이때, 제1 연결 패턴(711a)은, 제1 영역(710)에서, 연결이 단절된 제1 서브 패턴을 제외한 나머지 서브 패턴들과 교차되도록 배치될 수 있고, 이를 통해 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)의 배열이 변경될 수 있다.
한편, 제2 코일 패턴(310b)은, 제1 코일 패턴(310a)과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)의 배열이 변경되도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 제2 코일 패턴(310b)은, 제1 코일 패턴(310a)과 중첩되지 않는 제2 영역(720)에서, 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b) 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에 형성될 수 있다.
한편, 연결이 단절된 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)의 단부에는, 각각 비아(721b, 722b)가 형성될 수 있고, 비아들(721b, 722b)을 각각 연결하는 형태로 제2 연결 패턴(711b)이, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에 형성될 수 있다.
이때, 제2 연결 패턴(711b)은, 제2 영역(720)에서, 연결이 단절된 제2 서브 패턴을 제외한 나머지 제2 서브 패턴들과 교차되도록 배치될 수 있고, 이를 통해 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)의 배열이 변경될 수 있다.
도 7b는, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어를 나타내는 도면이고, 도 7c는, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어를 나타내는 도면이다.
도 7b를 참조하면, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어에는, 제1 코일 패턴(310a)의 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)과, 제2 연결 패턴(711b)이 형성될 수 있다.
복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a) 중 연결이 단절된 서브 패턴의 단부에는 각각 비아(721a, 722a)가 배치될 수 있고, 제2 연결 패턴(711b)의 각 단부에도 비아(721b, 722b)가 배치될 수 있다.
한편, 도 7c를 참조하면, 인쇄 회로 기판의 제2 레이어에는, 제2 코일 패턴(310b)의 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)과, 제1 연결 패턴(711a)이 형성될 수 있다.
복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b) 중 연결이 단절된 서브 패턴의 단부에는 각각 비아(721b, 722b)가 배치될 수 있고, 제1 연결 패턴(711a)의 각 단부에도 비아(721a, 722a)가 배치될 수 있다.
도 7d를 참조하면, 인쇄 회로 기판의 제1 레이어(Ly1)에는 제1 코일 패턴(310a)의 복수의 제1 서브 패턴(321a 내지 324a)과, 제2 연결 패턴(711b)이 형성되고, 제2 레이어(Ly2)에는 제2 코일 패턴(310b)의 복수의 제2 서브 패턴(321b 내지 324b)과, 제1 연결 패턴(711a)이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제1 코일 패턴(310a)과 제1 연결 패턴(711a)를 연결하는 비아(721a, 722a)와, 제2 코일 패턴(310b)과 제2 연결 패턴(711b)를 연결하는 비아(721b, 722b)가, 제1 레이어(Ly1)와 제2 레이어(Ly2) 사이에 형성되는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 코일 장치(300)는, 서로 중첩되어 배치되는 복수의 코일 패턴(310a, 310b)을 포함하여, 전력 송수신 성능을 향상시킬 수 있고, 전력 송수신이 가능한 영역을 확장할 수 있다.
또한, 복수의 코일 패턴(310a, 310b)이 서로 중첩되지 않는 영역을 이용하여, 비아(721a, 722a, 721b, 722b)와 연결 패턴(711a, 711b)을 형성할 수 있어, 코일 장치(300)는 두께 증가 없이, 서로 중첩되는 복수의 코일 패턴(310a, 310b)을 포함할 수 있다.
도 8a 및 8b는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 코일 장치에 포함된 복수의 코일 패턴의 구조의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 코일 장치(300)는, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)이 형성된 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.
복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)은, 복수의 서브 패턴(예: 도 4a의 서브 패턴(321 내지 324))을 각각 포함할 수 있다.
제1 코일 패턴(310_1)은, 인쇄 회로 기판의 제3 레이어(Ly3)에 형성될 수 있고, 제2 코일 패턴(310_2)은, 제2 레이어(Ly2)에 형성될 수 있다.
이때, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)은, 서로 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)은, 형상이 서로 동일하게 형성될 수 있다.
제1 코일 패턴(310_1)은, 제2 레이어(Ly2)에서, 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성될 수 있다. 제2 코일 패턴(310_2)은, 제3 레이어(Ly3)에서, 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성될 수 있다.
제1 코일 패턴(310_1)에 포함된, 연결이 단절된 서브 패턴의 단부에 각각 제1 비아가 형성될 수 있다. 이때, 제1 비아는, 제3 레이어(Ly3)와 제4 레이어(Ly4)를 연결하도록 형성될 수 있다.
또한, 제1 비아를 연결하는 제1 연결 패턴이 제4 레이어(Ly4)에 형성될 수 있다.
한편, 제2 코일 패턴(310_2)에 포함된, 연결이 단절된 서브 패턴의 단부에 각각 제2 비아가 형성될 수 있다. 이때, 제2 비아는, 제1 레이어(Ly1)와 제2 레이어(Ly2)를 연결하도록 형성될 수 있다.
또한, 제2 비아를 연결하는 제2 연결 패턴이 제1 레이어(Ly1)에 형성될 수 있다.
한편, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)은, 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)은, 전체가 서로 중첩되도록, 제2 및 제3 레이어(Ly2, Ly3)에 각각 배치될 수 있다.
이때, 제2 레이어(Ly2)에서 제1 코일 패턴(310_1)의 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되는 위치와, 제3 레이어(Ly3)에서 제2 코일 패턴(310_2)의 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되는 위치는, 서로 중첩될 수 있다.
또한, 제1 코일 패턴(310_1)의 일단과 제2 코일 패턴(310_2)의 일단이 서로 연결될 수 있고, 제1 코일 패턴(310_1)의 타단과 제2 코일 패턴(310_2)의 타단이 서로 연결될 수 있다.
예를 들면, 제1 코일 패턴(310_1)의 일단과 제2 코일 패턴(310_2)의 일단을 연결하는 비아(810)와, 제1 코일 패턴(310_1)의 타단과 제2 코일 패턴(310_2)의 타단을 연결하는 비아(820)가, 제2 레이어(Ly2)와 제3 레이어(Ly3) 사이에 형성될 수 있다.
무선 전력 구동부(170)로부터 공급되는 교류 전원은, 비아(810, 820)를 통해, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)의 일단 및 타단으로 함께 공급될 수 있다.
상기와 같이, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)의 형상을 서로 동일하게 형성하고, 복수의 코일 패턴(310_1, 310_2)의 전체가 서로 중첩되도록 배치함으로써, 단일 패턴으로 형성하는 경우에 비해, 패턴의 외경을 줄일 수 있다.
예를 들면, 도 6a 내지 6c의 코일 패턴(310)과 같이, 코일 패턴이 12회 권선되는 경우, 코일 장치(300)의 두께는 작아지나, 외경은 다소 커질 수 있다. 이에 반해, 6회 권선된 코일 패턴을 도 8a와 같이 서로 중첩되도록 배치하는 경우, 코일 장치(300)의 두께는 다소 커지나, 외경을 줄일 수 있다.
한편, 도 8b를 참조하면, 코일 장치(300)는, 도 8a에서와 같이 서로 중첩되는 제1 및 제2 코일 패턴(310a_1, 310a_2)과 함께, 제1 및 제2 코일 패턴(310a_1, 310a_2)에 일부 중첩되는 제3 및 제4 코일 패턴(310b_1, 310b_2)을 더 포함할 수도 있다.
이때, 제3 및 제4 코일 패턴(310b_1, 310b_2)은, 제1 및 제2 코일 패턴(310a_1, 310a_2)이 배치된 제2 및 제3 레이어(Ly2, Ly3)를 제외한 나머지 레이어인 제1 및 제4 레이어(Ly1, Ly4)에 각각 배치될 수 있다.
제3 및 제4 코일 패턴(310b_1, 310b_2)은, 형상이 서로 동일하게 형성될 수 있고, 전체가 서로 중첩되도록 배치될 수 있다.
또한, 제3 코일 패턴(310b_1)의 일단과 제4 코일 패턴(310b_2)의 일단이 서로 연결될 수 있고, 제3 코일 패턴(310b_1)의 타단과 제4 코일 패턴(310b_2)의 타단이 서로 연결될 수 있다.
예를 들면, 제3 코일 패턴(310b_1)의 일단과 제4 코일 패턴(310b_2)의 일단을 연결하는 비아(830)와, 제3 코일 패턴(310b_1)의 타단과 제4 코일 패턴(310b_2)의 타단을 연결하는 비아(840)가, 제1 레이어(Ly1)와 제4 레이어(Ly4) 사이에 형성될 수 있다.
무선 전력 구동부(170)로부터 공급되는 교류 전원은, 비아(830, 840)를 통해, 제3 및 제4 코일 패턴(310b_1, 310b_2)의 일단 및 타단으로 함께 공급될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 코일 패턴(310a_1, 310a_2)에 공급되는 교류 전원과, 제3 및 제4 코일 패턴(310b_1, 310b_2)에 공급되는 교류 전원은, 무선 전력 구동부(170)에서 각각 제어될 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 포함하고, 인쇄회로기판의 제1 레이어에 배치되는 코일 패턴;
    상기 인쇄회로기판의 제2 레이어에 배치되는 연결 패턴; 및
    상기 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고,
    상기 코일 패턴은, 적어도 하나의 영역에서, 상기 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고,
    상기 복수의 비아는, 상기 적어도 하나의 영역에서, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고,
    상기 연결 패턴은,
    상기 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고,
    상기 적어도 하나의 영역에서, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴을 제외한 나머지 서브 패턴과, 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서로 교차되어 배치되는, 상기 연결 패턴과 상기 나머지 서브 패턴 사이에 절연층이 배치되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴의 일단이 서로 연결되고,
    상기 복수의 서브 패턴의 타단이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코일 패턴은,
    적어도 1회 권선되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코일 패턴은,
    나선형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되는 횟수는,
    상기 복수의 서브 패턴의 개수 및 상기 코일 패턴의 권선 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 제3 레이어에 배치되고, 상기 코일 패턴과 대응되도록 형성되는 추가 코일 패턴;
    상기 인쇄회로기판의 제4 레이어에 배치되고, 상기 연결 패턴과 대응되도록 형성되는 추가 연결 패턴; 및
    상기 제3 및 제4 레이어를 연결하는 복수의 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 일단과 상기 추가 코일 패턴의 일단이 서로 연결되고,
    상기 코일 패턴의 타단과 상기 추가 코일 패턴의 타단이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  9. 서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 제1 서브 패턴을 포함하고, 인쇄회로기판의 제1 레이어에 배치되는 제1 코일 패턴;
    상기 인쇄회로기판의 제2 레이어에 배치되는 제2 코일 패턴;
    상기 제2 레이어에 배치되는 제1 연결 패턴; 및
    상기 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고,
    상기 제1 코일 패턴은,
    상기 제2 코일 패턴과 일부 중첩되도록 배치되고,
    상기 제2 코일 패턴과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 상기 복수의 제1 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고,
    상기 복수의 비아는, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 제1 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고,
    상기 제1 연결 패턴은,
    상기 연결이 단절된 적어도 하나의 제1 서브 패턴의 단부에 형성된 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고,
    상기 제2 코일 패턴과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 제1 서브 패턴을 제외한 나머지 제1 서브 패턴과 교차되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  10. 상기 제1 레이어에 배치되는 제2 연결 패턴을 더 포함하고,
    상기 제2 코일 패턴은,
    서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 제2 서브 패턴을 포함하고,
    상기 제1 코일 패턴과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 상기 복수의 제2 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고,
    상기 복수의 비아는, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 제2 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고,
    상기 제2 연결 패턴은,
    상기 연결이 단절된 적어도 하나의 제2 서브 패턴의 단부에 형성된 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고,
    상기 제1 코일 패턴과 중첩되지 않는 적어도 하나의 영역에서, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 제2 서브 패턴을 제외한 나머지 제2 서브 패턴과 교차되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 제1 서브 패턴의 일단이 서로 연결되고,
    상기 복수의 제1 서브 패턴의 타단이 서로 연결되고,
    상기 복수의 제2 서브 패턴의 일단이 서로 연결되고,
    상기 복수의 제2 서브 패턴의 타단이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴 및 상기 제2 코일 패턴은,
    적어도 1회 권선되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴 및 상기 제2 코일 패턴은,
    나선형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  14. 코일 장치를 구비하는 기기에 있어서,
    상기 코일 장치는,
    서로 인접하여 나란히 배치되는 복수의 서브 패턴을 포함하고, 인쇄회로기판의 제1 레이어에 배치되는 코일 패턴;
    상기 인쇄회로기판의 제2 레이어에 배치되는 연결 패턴; 및
    상기 제1 및 제2 레이어를 연결하는 복수의 비아(via)를 포함하고,
    상기 코일 패턴은, 적어도 하나의 영역에서, 상기 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되도록 형성되고,
    상기 복수의 비아는, 상기 적어도 하나의 영역에서, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴의 단부에 각각 형성되고,
    상기 연결 패턴은,
    상기 복수의 비아를 연결하는 형태로 형성되고,
    상기 적어도 하나의 영역에서, 상기 연결이 단절된 적어도 하나의 서브 패턴을 제외한 나머지 서브 패턴과, 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 서로 교차되어 배치되는, 상기 연결 패턴과 상기 나머지 서브 패턴 사이에 절연층이 배치되는 것을 특징으로 하는 기기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴의 일단이 서로 연결되고,
    상기 복수의 서브 패턴의 타단이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 기기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 코일 패턴은,
    적어도 1회 권선되는 나선형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 기기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴 중 적어도 하나의 연결이 단절되는 횟수는,
    상기 복수의 서브 패턴의 개수 및 상기 코일 패턴의 권선 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 제3 레이어에 배치되고, 상기 코일 패턴과 대응되도록 형성되는 추가 코일 패턴;
    상기 인쇄회로기판의 제4 레이어에 배치되고, 상기 연결 패턴과 대응되도록 형성되는 추가 연결 패턴; 및
    상기 제3 및 제4 레이어를 연결하는 복수의 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 일단과 상기 추가 코일 패턴의 일단이 서로 연결되고,
    상기 코일 패턴의 타단과 상기 추가 코일 패턴의 타단이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 기기.
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