KR20210070760A - Magnetic pad, prepration method thereof, and wireless charging device - Google Patents
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Abstract
Description
구현예는 자성 패드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 무선 충전 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구현예는 전기 자동차(EV)에 사용될 수 있는 높은 자성 특성을 갖는 자성 패드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 무선 충전 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to a magnetic pad, a method for manufacturing the same, and a wireless charging device including the same. More specifically, the embodiment relates to a magnetic pad having high magnetic properties that can be used in an electric vehicle (EV), a method for manufacturing the same, and a wireless charging device including the same.
오늘날 정보통신 분야는 매우 빠른 속도로 발전하고 있으며, 전기, 전자, 통신, 반도체 등이 종합적으로 조합된 다양한 기술들이 지속적으로 개발되고 있다. 또한, 전자기기의 모바일화 경향이 증대함에 따라 통신분야에서도 무선 통신 및 무선 전력전송 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 전자기기 등에 무선으로 전력을 전송하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Today, the information and communication field is developing at a very fast pace, and various technologies that comprehensively combine electricity, electronics, communication, and semiconductor are continuously being developed. In addition, as the trend toward mobile electronic devices increases, research on wireless communication and wireless power transmission technology is actively conducted in the communication field. In particular, research on a method of wirelessly transmitting power to an electronic device or the like is being actively conducted.
상기 무선 전력 전송은 전력을 공급하는 송신기와 전력을 공급받는 수신기 간에 물리적인 접촉 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 전자기장 공진 구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 무선으로 전송하는 것이다. 상기 무선 전력 전송은 대용량의 배터리가 요구되는 휴대용 통신기기, 전기 자동차 등에 적합하며 접점이 노출되지 않아 누전 등의 위험이 거의 없고 유선 방식의 충전 불량 현상을 막을 수 있다.The wireless power transmission wirelessly transmits power through space using an electromagnetic field resonance structure such as magnetic coupling, capacitive coupling, or an antenna without physical contact between a transmitter that supplies power and a receiver that receives power. will be sent to The wireless power transmission is suitable for portable communication devices and electric vehicles that require a large-capacity battery, and since the contacts are not exposed, there is little risk of a short circuit, and a wired charging failure phenomenon can be prevented.
한편, 최근 들어 전기 자동차에 대한 관심이 급증하면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있다. 이미 가정용 충전기를 이용한 전기 자동차 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전 장치, 무선 충전 장치 등 다양한 충전 방식이 등장하였고, 새로운 충전 사업 비즈니스 모델도 나타나기 시작했다(대한민국 공개특허 제 2011-0042403 호 참조). 또한, 유럽에서는 시험 운행중인 전기차와 충전소가 눈에 띄기 시작했고, 일본에서는 자동차 제조 업체와 전력 회사들이 주도하여 전기 자동차 및 충전소를 시범적으로 운영하고 있다.Meanwhile, as interest in electric vehicles has rapidly increased in recent years, interest in building charging infrastructure is increasing. Various charging methods such as electric vehicle charging using home chargers, battery replacement, fast charging devices, and wireless charging devices have already appeared, and new charging business models have also begun to appear (refer to Korean Patent Application Laid-Open No. 2011-0042403). In addition, electric vehicles and charging stations that are being tested in Europe are starting to stand out, and in Japan, car manufacturers and electric power companies are piloting electric vehicles and charging stations.
무선 충전 장치는 일반적으로 자기장의 집속을 위한 자성 패드를 구비하며, 이러한 자성 패드로서 딱딱한 페라이트 소결 시트보다는 유연성을 갖는 유무기 복합 자성 패드가 선호되고 있다. 그러나, 도 2에서 보듯이, 종래의 유무기 복합 자성 패드(101)는 전도성을 갖는 자성 필러(110) 간의 접촉에 의한 전도성 네트워크(150) 형성으로 인해 와전류가 증가하여, 페라이트 소결 시트 대비 투자손실 및 발열이 증가하는 문제가 있었다. A wireless charging device generally includes a magnetic pad for focusing a magnetic field, and as such a magnetic pad, an organic-inorganic composite magnetic pad having flexibility rather than a rigid ferrite sintered sheet is preferred. However, as shown in FIG. 2 , in the conventional organic-inorganic composite
또한 발열을 낮추기 위해 자성 패드에 방열 필러를 첨가할 수 있으나 일반적으로 사용되는 카본계 방열 필러는 전도성을 가지므로 자성 필러들 간의 전도성 네트워크 형성을 막기 어렵고, 또는 전도성을 갖지 않는 방열 필러를 자성 패드에 첨가하더라도 자성 필러들 사이에서 효과적인 절연 특성을 구현하기에 쉽지 않았다. 또한 와전류를 방지하기 위해 자성 필러의 표면을 절연 코팅하는 것도 고려할 수 있으나, 추가적인 절연 코팅에 따른 공정 비용 및 시간이 소요되고, 특히 절연 코팅에 의해 자성 특성이 쉽게 저하되며 자성 패드의 방열 향상에 한계가 있다.In addition, a heat dissipation filler may be added to the magnetic pad to reduce heat generation, but it is difficult to prevent the formation of a conductive network between the magnetic fillers because the carbon-based heat dissipation filler generally used has conductivity, or a non-conductive heat dissipation filler is applied to the magnetic pad. Even with the addition, it was not easy to implement effective insulating properties between the magnetic fillers. In addition, insulating coating the surface of the magnetic filler may be considered to prevent eddy currents, but the process cost and time required for the additional insulating coating are required, and the magnetic properties are easily degraded by the insulating coating, and there is a limit to improving the heat dissipation of the magnetic pad there is
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 유무기 복합 자성 패드에 전기적 특성과 입경이 조절된 방열 필러를 간단히 첨가함으로써 자성 패드의 자성 특성과 방열 특성을 동시에 향상시킬 수 있음을 발견하였다.As a result of research conducted by the present inventors, it was found that the magnetic and heat dissipation characteristics of the magnetic pad could be simultaneously improved by simply adding a heat dissipation filler with controlled electrical properties and particle size to the organic/inorganic composite magnetic pad.
따라서, 구현예들은 자성 필러들 간의 응집에 의한 자성 특성의 저하 및 발열을 억제하면서 추가적인 방열 성능을 발휘할 수 있고 간단한 공정으로 제조될 수 있는 자성 패드 및 이를 포함하는 무선 충전 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, embodiments are to provide a magnetic pad that can exhibit additional heat dissipation performance while suppressing heat dissipation and deterioration of magnetic properties due to aggregation between magnetic fillers and can be manufactured by a simple process and a wireless charging device including the same.
일 구현예에 따르면, 고분자 수지; 상기 고분자 수지 내에 분산된 금속계의 자성 필러; 및 상기 고분자 수지 내에 분산되고 절연성을 갖는 방열 필러를 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는, 자성 패드가 제공된다:According to one embodiment, a polymer resin; a metal-based magnetic filler dispersed in the polymer resin; and a heat dissipation filler dispersed in the polymer resin and having insulating properties, satisfying the following formula (1), a magnetic pad is provided:
5 ≤ d1/d2 ≤ 500 (1)5 ≤ d1/d2 ≤ 500 (1)
상기 식에서, d1 및 d2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 평균 입경이다.In the above formula, d1 and d2 are the average particle diameters of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
다른 구현예에 따르면, 고분자 수지; 상기 고분자 수지 내에 분산된 금속계의 자성 필러; 및 상기 고분자 수지 내에 분산되고 절연성을 갖는 방열 필러를 포함하고, 상기 방열 필러가 상기 자성 필러를 둘러싸는, 자성 패드가 제공된다.According to another embodiment, a polymer resin; a metal-based magnetic filler dispersed in the polymer resin; and a heat dissipation filler dispersed in the polymer resin and having insulation, wherein the heat dissipation filler surrounds the magnetic filler, a magnetic pad is provided.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 구현예에 따른 자성 패드를 포함하는 무선 충전 소자가 제공된다.According to another embodiment, there is provided a wireless charging device including the magnetic pad according to the embodiment.
상기 구현예에 따른 자성 패드는 유무기 복합 자성 패드에 전기적 특성과 입경이 조절된 방열 필러를 간단히 첨가함으로써 자성 패드의 자성 특성과 방열 특성을 동시에 향상시킬 수 있고 간단한 공정으로 제조될 수 있다. The magnetic pad according to the embodiment can improve the magnetic and heat dissipation characteristics of the magnetic pad at the same time by simply adding a heat dissipation filler whose electrical characteristics and particle size are controlled to the organic-inorganic composite magnetic pad, and can be manufactured by a simple process.
특히 자성 필러와 방열 필러 간의 입경 비율이 특정 범위로 조절되어 방열 필러가 자성 필러를 둘러싸는 구조를 쉽게 형성할 수 있으므로, 자성 필러들 간의 응집에 의한 자성 특성의 저하 및 전도성 네트워크 형성으로 인한 발열을 방지하면서 추가적인 방열 향상도 도모할 수 있다.In particular, since the particle size ratio between the magnetic filler and the heat-dissipating filler is adjusted to a specific range, the heat-dissipating filler can easily form a structure surrounding the magnetic filler, thereby reducing magnetic properties due to aggregation between the magnetic fillers and heat generation due to the formation of a conductive network. It is possible to further improve heat dissipation while preventing it.
따라서 상기 자성 패드를 포함하는 무선 충전 소자는 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차 등에 유용하게 사용될 수 있다.Accordingly, the wireless charging device including the magnetic pad may be usefully used in an electric vehicle requiring large-capacity power transmission between a transmitter and a receiver.
도 1은 일 구현예에 따른 자성 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 유무기 복합 자성 패드의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 일 구현예에 따른 무선 충전 소자의 구성도를 나타낸 것이다.
도 4는 일 구현예에 따른 무선 충전 소자를 포함하는 전기자동차를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a magnetic pad according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view of a conventional organic-inorganic composite magnetic pad.
3 is a diagram illustrating a configuration of a wireless charging device according to an embodiment.
4 illustrates an electric vehicle including a wireless charging device according to an exemplary embodiment.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of the embodiments below, one component is described as being formed above or below another component, one component is directly above or below another component, or indirectly through another component including all that are formed by
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.In addition, the reference for the upper / lower of each component will be described based on the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for explanation, and may be different from the size actually applied.
본 명세서에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. In the present specification, "including" any component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 본 명세서에 기재된 구성요소의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.In addition, it should be understood that all numerical ranges indicating physical property values, dimensions, etc. of the components described in this specification are modified by the term "about" in all cases unless otherwise specified.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.In the present specification, unless otherwise specified, the expression "a" or "a" is interpreted as meaning including the singular or the plural as interpreted in context.
[자성 패드][magnetic pad]
도 1은 일 구현예에 따른 자성 패드의 단면도를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a magnetic pad according to an embodiment.
도 1을 참조하여, 상기 자성 패드(100)는 고분자 수지; 상기 고분자 수지 내에 분산된 금속계의 자성 필러(110); 및 상기 고분자 수지 내에 분산되고 절연성을 갖는 방열 필러(120)를 포함한다.Referring to Figure 1, the
또한 상기 자성 패드(100)에서 상기 방열 필러(120)는 상기 자성 필러(110)를 둘러싸는 구조를 포함한다. 이에 따라 상기 방열 필러(120)에 의해, 상기 자성 필러(110) 간의 직접 접촉이 없을 수 있다.In addition, in the
이하 상기 자성 패드의 각 구성요소 및 특성을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each component and characteristic of the magnetic pad will be described in detail.
필러 입경 및 함량Filler particle size and content
상기 구현예에 따른 자성 패드는 하기 식 (1)을 만족한다:The magnetic pad according to the embodiment satisfies the following formula (1):
5 ≤ d1/d2 ≤ 500 (1)5 ≤ d1/d2 ≤ 500 (1)
상기 식에서, d1 및 d2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 평균 입경이다. In the above formula, d1 and d2 are the average particle diameters of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
상기 입경 비율 범위 내일 때, 자성 패드에서 자성 필러가 방열 필러에 의해 둘러싸여지는 구조를 갖는데 유리하게 된다. 만약 상기 입경 비율 범위를 벗어날 경우, 상기 자성 패드에서 자성 필러가 방열 필러에 의해 둘러싸여지는 구조를 갖지 못함으로써, 상기 자성 필러가 응집되어 이들 간에 직접 접촉을 통해 전도성 네트워크를 형성하고 그 결과 와전류가 증가하여 많은 열이 발생할 수 있다.When the particle size ratio is within the range, it is advantageous to have a structure in which the magnetic filler is surrounded by the heat dissipation filler in the magnetic pad. If the particle size ratio is out of the range, the magnetic filler in the magnetic pad does not have a structure surrounded by the heat dissipation filler, so that the magnetic filler aggregates to form a conductive network through direct contact between them, resulting in an increase in eddy current This can generate a lot of heat.
예를 들어, 상기 d1/d2 비율은 5 이상, 10 이상, 20 이상, 50 이상, 100 이상, 또는 200 이상일 수 있고, 또한 500 이하, 300 이하, 200 이하, 또는 100 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 d1/d2 비율은 10 내지 500, 20 내지 500, 5 내지 300, 또는 5 내지 200일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 d1/d2 비율이 10 내지 100, 또는 20 내지 100일 수 있다. For example, the d1/d2 ratio may be 5 or more, 10 or more, 20 or more, 50 or more, 100 or more, or 200 or more, and may be 500 or less, 300 or less, 200 or less, or 100 or less. Specifically, the d1/d2 ratio may be 10 to 500, 20 to 500, 5 to 300, or 5 to 200. More specifically, the d1/d2 ratio may be 10 to 100, or 20 to 100.
이때 상기 자성 필러의 평균 입경(d1)은 3 nm 내지 1 mm, 1 ㎛ 내지 300 ㎛, 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 또는 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.In this case, the average particle diameter (d1) of the magnetic filler may be 3 nm to 1 mm, 1 µm to 300 µm, 1 µm to 50 µm, or 1 µm to 10 µm.
또한 상기 방열 필러의 평균 입경(d2)은 10 nm 내지 10 ㎛일 수 있다. In addition, the average particle diameter (d2) of the heat dissipation filler may be 10 nm to 10 μm.
구체적으로, 상기 방열 필러의 평균 입경(d2)은 10 nm 내지 5 ㎛일 수 있다.Specifically, the average particle diameter (d2) of the heat dissipation filler may be 10 nm to 5 μm.
상기 구현예에 따른 상기 자성 패드는 하기 식 (2)를 더 만족할 수 있다:The magnetic pad according to the embodiment may further satisfy Equation (2) below:
1 ≤ c1/c2 ≤ 200 (2)1 ≤ c1/c2 ≤ 200 (2)
상기 식에서, c1 및 c2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 함량이다. In the above formula, c1 and c2 are the contents of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
상기 함량 비율 범위 내일 때, 자성 필러에 의한 자성 특성 및 방열 필러에 의한 방열 특성이 충분하면서, 자성 필러가 방열 필러에 의해 둘러싸여짐으로써 절연성도 확보할 수 있다. When the content ratio is within the range, the magnetic property by the magnetic filler and the heat dissipation property by the heat dissipation filler are sufficient, and insulation can also be secured by the magnetic filler being surrounded by the heat dissipation filler.
예를 들어, 상기 c1/c2 비율은 1 이상, 10 이상, 20 이상, 50 이상, 또는 200 이상일 수 있고, 또한 200 이하, 150 이하, 100 이하, 또는 50 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 c1/c2 비율은 10 내지 100, 또는 30 내지 50일 수 있다.For example, the c1/c2 ratio may be 1 or more, 10 or more, 20 or more, 50 or more, or 200 or more, and may be 200 or less, 150 or less, 100 or less, or 50 or less. Specifically, the c1/c2 ratio may be 10 to 100, or 30 to 50.
상기 자성 필러의 함량은, 상기 자성 패드의 중량을 기준으로, 50 중량% 이상, 또는 70 중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 필러의 함량은, 상기 자성 패드의 중량을 기준으로, 50 중량% 내지 95 중량%, 70 중량% 내지 95 중량%, 70 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 95 중량%, 80 중량% 내지 95 중량%, 또는 80 중량% 내지 90 중량%일 수 있다.The content of the magnetic filler may be 50 wt% or more, or 70 wt% or more, based on the weight of the magnetic pad. For example, the content of the magnetic filler may be 50 wt% to 95 wt%, 70 wt% to 95 wt%, 70 wt% to 90 wt%, 75 wt% to 90 wt%, based on the weight of the magnetic pad. %, 75 wt% to 95 wt%, 80 wt% to 95 wt%, or 80 wt% to 90 wt%.
또한, 상기 방열 필러의 함량은, 상기 자성 패드의 중량을 기준으로, 0.1 중량% 내지 10 중량%, 0.1 중량% 내지 5 중량%, 0.1 중량% 내지 3 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 2 중량%일 수 있다.In addition, the content of the heat dissipation filler, based on the weight of the magnetic pad, 0.1 wt% to 10 wt%, 0.1 wt% to 5 wt%, 0.1 wt% to 3 wt%, or 0.1 wt% to 2 wt% can be
구체적으로, 상기 자성 패드는, 상기 자성 패드의 중량을 기준으로, 상기 자성 필러를 50 중량% 내지 95 중량%로 포함하고, 상기 방열 필러를 1 중량% 내지 10 중량%로 포함할 수 있다.Specifically, the magnetic pad may include 50 wt% to 95 wt% of the magnetic filler, and 1 wt% to 10 wt% of the heat dissipation filler, based on the weight of the magnetic pad.
한편, 상기 자성 패드의 자성 특성과 방열 특성을 극대화하기 위해서는, 상기 자성 패드에 함유되는 상기 자성 필러와 상기 방열 필러는 이들의 입경과 함량 간에 종합적으로 고려되는 것이 좋다. Meanwhile, in order to maximize the magnetic properties and heat dissipation properties of the magnetic pad, the magnetic filler and the heat dissipation filler contained in the magnetic pad may be comprehensively considered between their particle diameters and content.
일례로서, 상기 자성 패드는 하기 식 (3)을 더 만족할 수 있다:As an example, the magnetic pad may further satisfy the following equation (3):
2.5 ≤ (d1/d2) / (c1/c2) ≤ 500 (3)2.5 ≤ (d1/d2) / (c1/c2) ≤ 500 (3)
상기 식에서, d1 및 d2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 평균 입경이고, c1 및 c2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 함량이다.In the above formula, d1 and d2 are the average particle diameters of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively, and c1 and c2 are the contents of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
상기 범위 내일 때, 상기 자성 필러들 사이에 상기 방열 필러가 존재하는 비율이 극대화되어, 와전류를 방지하여 자성 특성을 향상시키면서 효과적인 방열을 구현할 수 있다. When it is within the above range, the ratio of the heat dissipation filler present between the magnetic pillars is maximized, and effective heat dissipation can be realized while preventing eddy currents and improving magnetic properties.
예를 들어, 상기 (d1/d2) / (c1/c2) 비율은 2.5 이상, 5 이상, 10 이상, 50 이상, 100 이상, 또는 200 이상일 수 있고, 또한 500 이하, 300 이하, 200 이하, 또는 100 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 (d1/d2) / (c1/c2) 비율은 2.5 내지 300, 2.5 내지 100, 5 내지 500, 10 내지 500, 또는 50 내지 500일 수 있다.For example, the (d1/d2) / (c1/c2) ratio may be 2.5 or more, 5 or more, 10 or more, 50 or more, 100 or more, or 200 or more, and also 500 or less, 300 or less, 200 or less, or 100 or less. Specifically, the (d1/d2) / (c1/c2) ratio may be 2.5 to 300, 2.5 to 100, 5 to 500, 10 to 500, or 50 to 500.
이에 따라, 상기 자성 패드는 하기 식 (4)를 더 만족할 수 있다:Accordingly, the magnetic pad may further satisfy the following equation (4):
5 < c3/c4 (4)5 < c3/c4 (4)
상기 식에서, c3은 상기 자성 필러들 사이에 상기 방열 필러가 존재하는 자성 필러의 함량이고, c4는 상기 자성 필러들 사이에 상기 방열 필러가 존재하지 않는 자성 필러의 함량이다.In the above formula, c3 is the content of the magnetic filler in which the heat dissipation filler is present between the magnetic fillers, and c4 is the content of the magnetic filler in which the heat dissipation filler is not present between the magnetic fillers.
구체적으로 상기 C3/c4 비율은 5 이상, 10 이상, 50 이상 또는 100 이상일 수 있고, 보다 구체적으로 5 내지 1000, 10 내지 1000, 50 내지 1000, 또는 100 내지 1000일 수 있다.Specifically, the C3/c4 ratio may be 5 or more, 10 or more, 50 or more, or 100 or more, and more specifically, 5 to 1000, 10 to 1000, 50 to 1000, or 100 to 1000.
자성 필러magnetic filler
상기 자성 필러는 금속계의 자성 필러라면 그 종류에 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 자성 필러는 페라이트계, Fe계 나노결정질(nanocrystal)계, Fe계 비정질(amorphous)계 물질을 포함할 수 있다.The type of the magnetic filler is not particularly limited as long as it is a metallic magnetic filler. For example, the magnetic filler may include a ferritic, Fe-based nanocrystalline (nanocrystal)-based, Fe-based amorphous (amorphous)-based material.
구체적으로, 상기 자성 필러는 페라이트(Ni-Zn계, Mg-Zn계, Mn-Zn계 페라이트 등)와 같은 산화물 자성 입자; 퍼말로이(permalloy), 샌더스트(sendust), Fe-Si-Cr 합금 및 Fe-Si-나노크리스탈과 같은 금속 자성 입자; 또는 이들의 혼합 입자일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 입자는 Fe-Si-Al 합금 조성을 갖는 샌더스트 입자일 수 있다.Specifically, the magnetic filler may include oxide magnetic particles such as ferrite (Ni-Zn-based, Mg-Zn-based, Mn-Zn-based ferrite, etc.); metal magnetic particles such as permalloy, sandust, Fe-Si-Cr alloy and Fe-Si-nanocrystal; or mixtures thereof. More specifically, the magnetic particles may be sandus particles having a Fe-Si-Al alloy composition.
일례로서, 상기 자성 필러는 하기 화학식 1의 조성을 가질 수 있다.As an example, the magnetic filler may have a composition of Chemical Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
Fe1-a-b-c Sia Xb Yc Fe 1-abc Si a X b Y c
상기 식에서, X는 Al, Cr, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이고; Y는 Mn, B, Co, Mo, 또는 이들의 조합이고; 0.01 ≤ a ≤ 0.2, 0.01 ≤ b ≤ 0.1, 및 0 ≤ c ≤ 0.05 이다.wherein X is Al, Cr, Ni, Cu, or a combination thereof; Y is Mn, B, Co, Mo, or a combination thereof; 0.01 ≤ a ≤ 0.2, 0.01 ≤ b ≤ 0.1, and 0 ≤ c ≤ 0.05.
방열 필러heat dissipation filler
상기 방열 필러는 절연 특성과 방열 특성을 동시에 갖는다면 그 종류에 특별히 한정되지 않는다. 즉 상기 방열 필러는 높은 비저항과 함께 높은 열전도도를 가질 수 있다.The heat dissipation filler is not particularly limited to the type as long as it has both insulating properties and heat dissipation properties. That is, the heat dissipation filler may have high thermal conductivity with high specific resistance.
예를 들어, 상기 방열 필러의 비저항은 101 Ωm 이상, 구체적으로 106 Ωm 이상일 수 있다. 또한, 상기 방열 필러의 열전도도는 5 W/mK 이상, 구체적으로 10 W/mK 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 방열 필러는 106 Ωm 내지 1016 Ωm의 비저항 및 5 W/mK 내지 5000 W/mK의 열전도도를 가질 수 있다.For example, the specific resistance of the heat dissipation filler may be 10 1 Ωm or more, specifically, 10 6 Ωm or more. In addition, the thermal conductivity of the heat dissipation filler may be 5 W/mK or more, specifically, 10 W/mK or more. More specifically, the heat dissipation filler may have a resistivity of 10 6 Ωm to 10 16 Ωm and a thermal conductivity of 5 W/mK to 5000 W/mK.
상기 방열 필러는 비카본계(non-carbonous) 무기물을 포함할 수 있다. 즉 상기 자성 패드에 포함되는 방열 필러는 그라파이트나 카본나노튜브와 같은 카본계 필러가 아니다.The heat dissipation filler may include a non-carbonous inorganic material. That is, the heat dissipation filler included in the magnetic pad is not a carbon-based filler such as graphite or carbon nanotubes.
예를 들어, 상기 방열 필러는 세라믹을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방열 필러는 알루미나, 실리카, 질화알루미늄 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the heat dissipation filler may include a ceramic. Specifically, the heat dissipation filler may include at least one selected from the group consisting of alumina, silica, aluminum nitride, and magnesium oxide.
한편, 상기 자성 패드는 자성 입자의 절연을 위해 전도성 방열 필러를 포함하지 않는 것이 좋다. 즉 상기 자성 패드는 전도성 방열 필러를 포함하지 않거나, 미량 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 패드는 그라파이트 입자, 카본나노튜브와 같은 전도성을 갖는 카본계 필러를 포함하지 않거나, 미량만을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 패드 내의 카본계 필러의 함량은 1 중량% 미만, 0.1 중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만일 수 있다.On the other hand, it is preferable that the magnetic pad does not include a conductive heat dissipation filler in order to insulate the magnetic particles. That is, the magnetic pad may not include a conductive heat dissipation filler or may include a small amount. For example, the magnetic pad may not include a carbon-based filler having conductivity, such as graphite particles or carbon nanotubes, or may include only a trace amount. Specifically, the content of the carbon-based filler in the magnetic pad may be less than 1% by weight, less than 0.1% by weight, or less than 0.01% by weight.
고분자 수지polymer resin
상기 고분자 수지는 경화성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지 및/또는 고내열 열가소성 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.The polymer resin may be a curable resin. Specifically, the polymer resin may include a photocurable resin, a thermosetting resin, and/or a high heat-resistant thermoplastic resin, preferably a thermosetting resin.
이와 같이 경화되어 접착성을 나타낼 수 있는 수지로서, 글리시딜기, 이소시아네이트기, 히드록시기, 카복실기 또는 아미드기 등과 같은 열에 의한 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하거나; 또는 에폭시드(epoxide)기, 고리형 에테르(cyclic ether)기, 설파이드(sulfide)기, 아세탈(acetal)기 또는 락톤(lactone)기 등과 같은 활성 에너지에 의해 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하는 수지를 사용할 수 있다. 이와 같은 관능기 또는 부위는 예를 들어 이소시아네이트기(-NCO), 히드록시기(-OH), 또는 카복실기(-COOH)일 수 있다.As a resin capable of exhibiting adhesiveness by being cured in this way, it includes at least one functional group or site that can be cured by heat, such as a glycidyl group, an isocyanate group, a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amide group; or at least one functional group or site that can be cured by active energy such as an epoxide group, a cyclic ether group, a sulfide group, an acetal group, or a lactone group resin can be used. Such a functional group or moiety may be, for example, an isocyanate group (-NCO), a hydroxyl group (-OH), or a carboxyl group (-COOH).
구체적으로, 상기 경화성 수지는, 상술한 바와 같은 관능기 또는 부위를 적어도 하나 이상 가지는 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지 또는 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the curable resin may be exemplified by a polyurethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, an isocyanate resin, or an epoxy resin having at least one functional group or site as described above, but is not limited thereto.
일례로서, 상기 고분자 수지는 폴리우레탄계 수지, 이소시아네이트계 경화제 및 에폭시계 수지를 포함할 수 있다. 상기 가이드 부재는 상기 고분자 수지를 5 중량% 내지 40 중량%, 5 중량% 내지 20 중량%, 5 중량% 내지 15 중량%, 또는 7 중량% 내지 15 중량%의 양으로 함유할 수 있다. 또한, 가이드 부재는 이의 전체 중량을 기준으로, 상기 고분자 수지로서, 6 중량% 내지 12 중량%의 폴리우레탄계 수지, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 이소시아네이트계 경화제 및 0.3 중량% 내지 1.5 중량%의 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.As an example, the polymer resin may include a polyurethane-based resin, an isocyanate-based curing agent, and an epoxy-based resin. The guide member may contain the polymer resin in an amount of 5 wt% to 40 wt%, 5 wt% to 20 wt%, 5 wt% to 15 wt%, or 7 wt% to 15 wt%. In addition, the guide member, based on the total weight thereof, as the polymer resin, 6 wt% to 12 wt% of a polyurethane-based resin, 0.5 wt% to 2 wt% of an isocyanate-based curing agent, and 0.3 wt% to 1.5 wt% of an epoxy It may contain a system resin.
자성 패드의 면적 및 두께Area and thickness of magnetic pad
상기 자성 패드는 대면적을 가질 수 있고, 구체적으로 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상의 면적을 가질 수 있다. 또한, 상기 자성 패드는 10,000 cm2 이하의 면적을 가질 수 있다. 상기 대면적의 자성 패드는 다수의 단위 자성 패드가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 단위 자성 패드의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.The magnetic pad may have a large area, specifically 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more. Also, the magnetic pad may have an area of 10,000 cm 2 or less. The large-area magnetic pad may be configured by combining a plurality of unit magnetic pads, and in this case, the area of the unit magnetic pad may be 60 cm 2 or more, 90 cm 2 , or 95 cm 2 to 900 cm 2 .
상기 자성 패드는 자성 시트, 자성 시트 적층체, 또는 자성 블록의 형태를 포함할 수 있다.The magnetic pad may be in the form of a magnetic sheet, a magnetic sheet laminate, or a magnetic block.
상기 자성 시트의 두께는 15 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 80 ㎛ 이상, 15 ㎛ 내지 150 ㎛, 15 ㎛ 내지 35 ㎛, 또는 85 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 이러한 자성 시트는 통상의 필름 또는 시트를 제조하는 방법으로 제조될 수 있다.The thickness of the magnetic sheet may be 15 μm or more, 50 μm or more, 80 μm or more, 15 μm to 150 μm, 15 μm to 35 μm, or 85 μm to 150 μm. Such a magnetic sheet may be manufactured by a method for manufacturing a conventional film or sheet.
상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 20장 이상, 또는 50장 이상 적층된 것일 수 있다. 이때 상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 150장 이하, 또는 100장 이하로 적층된 것일 수 있다.The magnetic sheet laminate may be one in which 20 or more magnetic sheets or 50 or more magnetic sheets are laminated. In this case, the magnetic sheet laminate may be a stack of 150 or less magnetic sheets or 100 or less magnetic sheets.
또한 상기 자성 블록의 두께는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 4 mm 이상일 수 있다. 이때, 상기 자성 블록의 두께는 30 mm 이하, 10 mm 이하, 또는 6 mm 이하일 수 있다.In addition, the thickness of the magnetic block may be 1 mm or more, 2 mm or more, 3 mm or more, or 4 mm or more. In this case, the thickness of the magnetic block may be 30 mm or less, 10 mm or less, or 6 mm or less.
자성 패드의 제조방법Method for manufacturing magnetic pad
상기 자성 패드는 금속계의 자성 필러 및 절연성을 갖는 방열 필러를 고분자 수지에 분산시킨 조성물을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 패드는 상기 조성물을 시트 상으로 압출하거나 또는 몰드에 사출하여 원하는 형태로 성형할 수 있다.The magnetic pad may be manufactured using a composition in which a metal-based magnetic filler and a heat-dissipating filler having insulation properties are dispersed in a polymer resin. For example, the magnetic pad may be molded into a desired shape by extruding the composition into a sheet or injecting it into a mold.
일례로서, 상기 자성 패드는 시트상으로 성형될 수 있고, 구체적으로 자성 필러, 방열 필러 및 고분자 수지를 혼합하고 시트상 성형 및 건조하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 이때 상기 자성 필러, 방열 필러 및 상기 고분자 수지는 앞서 예시한 바와 같은 종류 및 함량으로 사용될 수 있다.As an example, the magnetic pad may be molded into a sheet, and specifically, it may be manufactured by a method comprising mixing a magnetic filler, a heat dissipating filler, and a polymer resin, forming a sheet, and drying the magnetic pad. In this case, the magnetic filler, the heat dissipation filler, and the polymer resin may be used in the same type and content as previously exemplified.
구체적으로, 상기 자성 패드는 (i) 자성 필러 및 방열 필러를 고분자 수지 및 용매에 분산시켜 슬러리를 제조하는 단계; 및 (ii) 상기 슬러리를 이용하여 시트를 성형한 뒤 건조하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.Specifically, the magnetic pad comprises the steps of (i) dispersing a magnetic filler and a heat dissipation filler in a polymer resin and a solvent to prepare a slurry; and (ii) forming a sheet using the slurry and then drying the sheet.
보다 구체적으로, 상기 자성 패드는 자성 필러 및 방열 필러를 고분자 수지와 함께 용매에 가하고, 분산기(planetary mixer, homo mixer, no-bead mill 등)에 의해 분산시켜 약 100 cPs 내지 10,000 cPs의 점도를 갖는 조성물을 제조한 후, 상기 조성물을 속도와 온도를 조절하면서 압출하여 원하는 두께의 시트 상으로 형성하고, 건조기를 통하여 용매를 제거하여 고분자형 자성 시트(PMS)로 제조될 수 있다. 또한, 상기 건조된 시트는 열가압 등에 의해 경화될 수 있다. 구체적으로, 상기 건조된 시트를 1 MPa 내지 100 MPa의 압력 및 100℃ 내지 300℃의 온도 조건으로 열가압하여 고분자 수지를 경화시킬 수 있다.More specifically, in the magnetic pad, a magnetic filler and a heat dissipation filler are added to a solvent together with a polymer resin, and dispersed by a disperser (planetary mixer, homo mixer, no-bead mill, etc.) to have a viscosity of about 100 cPs to 10,000 cPs After preparing the composition, the composition is extruded while controlling the speed and temperature to form a sheet having a desired thickness, and the solvent is removed through a dryer to prepare a polymer-type magnetic sheet (PMS). In addition, the dried sheet may be cured by thermal pressure or the like. Specifically, the polymer resin may be cured by thermally pressing the dried sheet at a pressure of 1 MPa to 100 MPa and a temperature of 100°C to 300°C.
다른 예로서, 상기 자성 패드는 몰드를 이용한 성형 공정에 의해, 일정한 두께를 갖는 대면적의 고분자형 자성 블록으로 제조될 수 있다. As another example, the magnetic pad may be manufactured as a large-area polymer-type magnetic block having a constant thickness by a molding process using a mold.
상기 성형은 사출성형에 의해 자성 패드의 원료를 몰드에 주입하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 패드는 자성 분말과 고분자 수지 조성물을 혼합하여 원료 조성물을 얻은 뒤, 상기 원료 조성물을 사출성형기에 의해 몰드에 주입하여 제조될 수 있다. 이 경우 몰드의 내부 형태를 입체 구조로 설계하여, 자성 패드의 입체 구조를 쉽게 구현할 수도 있다. 이와 같은 공정은 기존의 소결 페라이트 시트를 자성 패드로 사용하는 경우에는 불가능한 것이다.The molding may be performed by injecting the raw material of the magnetic pad into the mold by injection molding. Specifically, the magnetic pad may be manufactured by mixing a magnetic powder and a polymer resin composition to obtain a raw material composition, and then injecting the raw material composition into a mold by an injection molding machine. In this case, the three-dimensional structure of the magnetic pad may be easily realized by designing the internal shape of the mold as a three-dimensional structure. Such a process is impossible when using a conventional sintered ferrite sheet as a magnetic pad.
자성 특성magnetic properties
상기 자성 패드는 전기 자동차의 무선 충전 표준 주파수 근방에서 일정 수준의 자성 특성을 가질 수 있다. 상기 전기 자동차의 무선 충전 표준 주파수는 100 kHz 미만일 수 있고, 구체적으로 79 kHz 내지 90 kHz, 보다 구체적으로 약 85 kHz일 수 있으며, 이는 휴대폰과 같은 모바일 전자기기에 적용하는 주파수와 구별되는 대역이다.The magnetic pad may have a certain level of magnetic properties in the vicinity of a wireless charging standard frequency of an electric vehicle. The wireless charging standard frequency of the electric vehicle may be less than 100 kHz, specifically 79 kHz to 90 kHz, more specifically about 85 kHz, which is a band distinct from a frequency applied to mobile electronic devices such as cell phones.
상기 자성 패드는 무선 충전 주파수 대역에서 투자율이 높은 반면 투자손실이 낮아서 충전 효율이 뛰어나다.The magnetic pad has a high magnetic permeability in a wireless charging frequency band, while a low investment loss, so that the charging efficiency is excellent.
예를 들어, 상기 자성 패드의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 10 이상, 50 이상, 100 이상, 또는 150 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 패드의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 10 내지 500, 50 내지 300, 또는 100 내지 200일 수 있다.For example, the magnetic permeability of the magnetic pad may be 10 or more, 50 or more, 100 or more, or 150 or more in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz. Specifically, the magnetic permeability of the magnetic pad may be 10 to 500, 50 to 300, or 100 to 200 in a 79 kHz to 90 kHz frequency band.
또한, 상기 자성 패드의 자성 패드의 투자손실은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 100 이하, 50 이하, 20 이하, 또는 10 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 패드의 자성 패드의 투자손실은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 1 내지 100, 1 내지 50, 1 내지 20, 또는 1 내지 15일 수 있다.In addition, the investment loss of the magnetic pad of the magnetic pad may be 100 or less, 50 or less, 20 or less, or 10 or less in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz. Specifically, the investment loss of the magnetic pad of the magnetic pad may be 1 to 100, 1 to 50, 1 to 20, or 1 to 15 in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
또한, 상기 자성 패드의 투자율/투자손실 비율은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 5 이상, 10 이상 또는 15 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 패드의 투자율/투자손실 비율은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 10 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 패드의 투자율/투자손실 비율은 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 5 내지 50, 10 내지 40, 10 내지 30, 또는 10 내지 20일 수 있다. In addition, the magnetic permeability/loss permeability ratio of the magnetic pad may be 5 or more, 10 or more, or 15 or more in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz. Specifically, the magnetic permeability/loss permeability ratio of the magnetic pad may be 10 or more in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz. More specifically, the magnetic permeability/loss ratio of the magnetic pad may be 5 to 50, 10 to 40, 10 to 30, or 10 to 20 in a 79 kHz to 90 kHz frequency band.
[무선 충전 소자][Wireless Charging Element]
일 구현예에 따른 무선 충전 소자는 상기 구현예에 따른 자성 패드를 포함한다. A wireless charging device according to an embodiment includes the magnetic pad according to the embodiment.
도 3은 일 구현예에 따른 무선 충전 소자의 구성도를 나타낸 것이다.3 is a diagram illustrating a configuration of a wireless charging device according to an embodiment.
도 3을 참조하여, 상기 무선 충전 소자(10)는, 전도성 와이어를 포함하는 코일(200); 상기 코일(200)의 일면 상에 배치된 금속판(300); 및 상기 코일(200)과 상기 금속판(300) 사이에 배치된 자성 패드(100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
상기 무선 충전 소자(10)는 상기 코일(200)을 지지하는 지지판(400)을 더 포함할 수 있다. 상기 지지판의 재질 및 구조는 무선 충전 패드에 사용되는 통상적인 지지판의 재질 및 구조를 채용할 수 있다. 상기 지지판은 평판 구조 또는 코일을 고정시킬 수 있도록 코일 형태를 따라 홈이 파여진 구조를 가질 수 있다. The
그 외에도 상기 무선 충전 소자(10)는 상기 금속판(300)과 자성 패드(100) 간의 공간을 확보하기 위한 스페이서, 및 상기 코일(200), 금속판(300), 자성 패드(100) 등의 구성 요소를 보호하고 이들을 적절하게 배치하는 하우징을 더 포함할 수 있다.In addition, the
코일coil
상기 코일을 구성하는 전도성 와이어는 전도성 물질, 구체적으로 전도성 금속을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전도성 와이어는 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.The conductive wire constituting the coil may include a conductive material, specifically, a conductive metal. More specifically, the conductive wire may include at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, gold, silver, zinc, and tin.
또한, 상기 전도성 와이어는 절연성 외피를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 외피는 절연성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 절연성 외피는 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 테프론 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 포함할 수 있다.In addition, the conductive wire may have an insulating sheath. For example, the insulating shell may include an insulating polymer resin. Specifically, the insulating shell may include a polyvinyl chloride (PVC) resin, a polyethylene (PE) resin, a Teflon resin, a silicone resin, a polyurethane resin, and the like.
상기 전도성 와이어의 직경은 예를 들어 1 mm 내지 10 mm 범위, 1 mm 내지 5 mm 범위, 또는 1 mm 내지 3 mm 범위일 수 있다.The diameter of the conductive wire may be, for example, in the range of 1 mm to 10 mm, in the range of 1 mm to 5 mm, or in the range of 1 mm to 3 mm.
상기 전도성 와이어는 평면 코일 형태로 감긴 것일 수 있다. 구체적으로 상기 평면 코일은 평면 나선 코일(planar spiral coil)을 포함할 수 있다. 이때 상기 평면 코일의 형태는 타원형, 다각형, 또는 모서리가 둥근 다각형의 형태일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.The conductive wire may be wound in the form of a flat coil. Specifically, the planar coil may include a planar spiral coil. At this time, the shape of the planar coil may be an elliptical shape, a polygonal shape, or a polygonal shape with rounded corners, but is not particularly limited.
상기 평면 코일의 외경은 5 cm 내지 100 cm, 10 cm 내지 50 cm, 10 cm 내지 30 cm, 20 cm 내지 80 cm, 또는 50 cm 내지 100 cm일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 10 cm 내지 50 cm의 외경을 가질 수 있다. The outer diameter of the planar coil may be 5 cm to 100 cm, 10 cm to 50 cm, 10 cm to 30 cm, 20 cm to 80 cm, or 50 cm to 100 cm. As a specific example, the planar coil may have an outer diameter of 10 cm to 50 cm.
또한, 상기 평면 코일의 내경은 0.5 cm 내지 30 cm, 1 cm 내지 20 cm, 또는, 2 cm 내지 15 cm일 수 있다.In addition, the inner diameter of the planar coil may be 0.5 cm to 30 cm, 1 cm to 20 cm, or 2 cm to 15 cm.
상기 평면 코일의 감긴 횟수는 5회 내지 50회, 10회 내지 30회, 5회 내지 30회, 15회 내지 50회, 또는 20회 내지 50회일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 상기 전도성 와이어를 10회 내지 30회 감아 형성된 것일 수 있다.The number of windings of the flat coil may be 5 to 50 times, 10 to 30 times, 5 to 30 times, 15 to 50 times, or 20 to 50 times. As a specific example, the flat coil may be formed by winding the
또한 상기 평면 코일 형태 내에서 상기 전도성 와이어 간의 간격은 0.1 cm 내지 1 cm, 0.1 cm 내지 0.5 cm, 또는 0.5 cm 내지 1 cm일 수 있다.In addition, the distance between the conductive wires in the planar coil shape may be 0.1 cm to 1 cm, 0.1 cm to 0.5 cm, or 0.5 cm to 1 cm.
상기와 같은 바람직한 평면 코일 치수 및 규격 범위 내일 때, 전기 자동차와 같은 대용량 전력 전송을 요구하는 분야에 보다 적합할 수 있다.When it is within the preferred planar coil dimensions and standard ranges as described above, it may be more suitable for fields requiring large-capacity power transmission, such as electric vehicles.
금속판plate
상기 금속판은 상기 코일의 일면 상에 배치된다.The metal plate is disposed on one surface of the coil.
상기 금속판은 전자파 차폐를 통해 무선 충전 효율을 높이는 역할을 한다.The metal plate serves to increase the wireless charging efficiency through electromagnetic wave shielding.
상기 금속판의 소재는 알루미늄일 수 있으며, 그 외 전자파 차폐능을 갖는 금속 또는 합금 소재가 사용될 수 있다.The material of the metal plate may be aluminum, and other metal or alloy materials having electromagnetic wave shielding ability may be used.
상기 금속판의 두께는 0.2 mm 내지 10 mm, 0.5 mm 내지 5 mm, 또는 1 mm 내지 3 mm일 수 있다. 또한 상기 금속판의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다.The thickness of the metal plate may be 0.2 mm to 10 mm, 0.5 mm to 5 mm, or 1 mm to 3 mm. In addition, the area of the metal plate may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
자성 패드magnetic pad
상기 자성 패드는 상기 코일과 상기 금속판 사이에 배치된다.The magnetic pad is disposed between the coil and the metal plate.
상기 자성 패드는 상기 금속판과 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 패드와 상기 금속판의 이격 거리는 3 mm 이상, 5 mm 이상, 3 mm 내지 10 mm, 또는 4 mm 내지 7 mm일 수 있다.The magnetic pad may be disposed to be spaced apart from the metal plate by a predetermined interval. For example, the separation distance between the magnetic pad and the metal plate may be 3 mm or more, 5 mm or more, 3 mm to 10 mm, or 4 mm to 7 mm.
또한 상기 자성 패드는 상기 코일과 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 패드와 상기 코일의 이격 거리는 0.2 mm 이상, 0.5 mm 이상, 0.2 mm 내지 3 mm, 또는 0.5 mm 내지 1.5 mm일 수 있다.Also, the magnetic pad may be disposed to be spaced apart from the coil by a predetermined interval. For example, the separation distance between the magnetic pad and the coil may be 0.2 mm or more, 0.5 mm or more, 0.2 mm to 3 mm, or 0.5 mm to 1.5 mm.
상기 무선 충전 소자에 포함되는 자성 패드를 구성하는 성분 및 특성은, 앞서 설명한 구현예에 따른 자성 패드에서 설명한 바와 같다.Components and characteristics constituting the magnetic pad included in the wireless charging device are the same as those described for the magnetic pad according to the above-described embodiment.
상기 구현예에 따른 자성 패드는 전기적 특성과 입경이 조절된 방열 필러를 유무기 복합 자성 패드에 간단히 첨가함으로써 자성 패드의 자성 특성과 방열 특성을 동시에 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 구현예에 따른 자성 패드는 자성 필러들 간의 응집에 의한 자성 특성의 저하 및 발열을 억제하면서 추가적인 방열 성능을 발휘할 수 있고 간단한 공정으로 제조될 수 있다.The magnetic pad according to the embodiment can improve the magnetic properties and heat dissipation properties of the magnetic pad at the same time by simply adding a heat dissipation filler with controlled electrical properties and particle size to the organic-inorganic composite magnetic pad. Accordingly, the magnetic pad according to the embodiment may exhibit additional heat dissipation performance while suppressing heat generation and deterioration of magnetic properties due to aggregation between magnetic fillers and may be manufactured by a simple process.
따라서 상기 자성 패드를 포함하는 무선 충전 소자는 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차 등에 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 무선 충전 소자는 전기 자동차 등의 무선 충전에 사용되는 단말기, 즉 송신기 또는 수신기일 수 있다.Accordingly, the wireless charging device including the magnetic pad may be usefully used in an electric vehicle requiring large-capacity power transmission between a transmitter and a receiver. For example, the wireless charging device may be a terminal used for wireless charging of an electric vehicle, that is, a transmitter or a receiver.
[전기 자동차][Electric Vehicle]
도 4는 무선 충전 소자가 적용된 전기 자동차를 나타낸 것이다. 상기 전기 자동차는 전기 자동차용 무선 충전 시스템이 구비된 주차 구역에서 무선으로 충전될 수 있다. 4 shows an electric vehicle to which a wireless charging device is applied. The electric vehicle may be charged wirelessly in a parking area equipped with a wireless charging system for an electric vehicle.
도 4를 참조하여, 일 구현예에 따른 전기 자동차(1)는, 수신기로서 상기 구현예에 따른 무선 충전 소자(10)를 포함할 수 있다. 즉 상기 무선 충전 소자는 전기 자동차(1)의 무선 충전의 수신기로 역할하고 무선 충전의 송신기(22)로부터 전력을 공급받을 수 있다.Referring to FIG. 4 , the electric vehicle 1 according to the embodiment may include the
상기 전기 자동차에 포함되는 무선 충전 소자의 각 구성 요소들의 구성 및 특징은 앞서의 구현예에서 설명한 바와 같다.The configuration and characteristics of each component of the wireless charging device included in the electric vehicle are the same as those described in the previous embodiment.
상기 무선 충전 소자(수신기)는 자동차의 하부에 구비될 수 있다.The wireless charging element (receiver) may be provided under the vehicle.
상기 전기 자동차는 상기 무선 충전 소자(수신기)로부터 전력을 전달받는 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 무선 충전 소자(수신기)는 무선으로 전력을 전송받아 상기 배터리에 전달하고, 상기 배터리는 상기 전기 자동차의 구동계에 전력을 공급할 수 있다. 상기 배터리는 상기 무선 충전 소자(수신기) 또는 그 외 추가적인 유선 충전 장치로부터 전달되는 전력에 의해 충전될 수 있다. The electric vehicle may further include a battery receiving power from the wireless charging device (receiver). The wireless charging element (receiver) may receive power wirelessly and transmit it to the battery, and the battery may supply power to a driving system of the electric vehicle. The battery may be charged by power transmitted from the wireless charging device (receiver) or other additional wired charging devices.
또한 상기 전기 자동차는 충전에 대한 정보를 전기 자동차용 무선 충전 시스템의 송신기에 전달하는 신호 전송기를 더 포함할 수 있다. 이러한 충전에 대한 정보는 충전 속도와 같은 충전 효율, 충전된 정도 등일 수 있다. In addition, the electric vehicle may further include a signal transmitter for transmitting information about charging to the transmitter of the wireless charging system for the electric vehicle. The information about such charging may be charging efficiency such as charging speed, charging degree, and the like.
[실시예][Example]
이하 보다 구체적인 실시예들이 설명되나, 이들 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.More specific embodiments are described below, but are not limited to the scope of these embodiments.
이하 실시예에서 사용한 재료는 다음과 같다.Materials used in the following examples are as follows.
- 자성 필러: 샌더스트 분말, 평균 입경 65 ㎛- Magnetic filler: sandust powder, average particle diameter 65 ㎛
- 방열 필러: Al2O3 분말, 평균 입경 2 ㎛ - Heat radiation filler: Al 2 O 3 powder, average particle size 2 ㎛
- 고분자 수지: 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지 및 이소시아네이트계 경화제 함유- Polymer resin: contains polyurethane-based resin, epoxy-based resin and isocyanate-based curing agent
- 유기 용매: 톨루엔- Organic solvent: toluene
실시예 1: 자성 패드의 제조Example 1: Preparation of magnetic pad
50 중량부의 자성 필러, 5 중량부의 방열 필러, 10 중량부의 고분자 수지, 및 33 중량부의 유기 용매를 믹서에서 40 rpm의 속도로 2시간 동안 혼합하여, 자성 분말 슬러리를 제조하였다.50 parts by weight of a magnetic filler, 5 parts by weight of a heat dissipation filler, 10 parts by weight of a polymer resin, and 33 parts by weight of an organic solvent were mixed in a mixer at a speed of 40 rpm for 2 hours to prepare a magnetic powder slurry.
앞서 제조된 자성 분말 슬러리를 캐리어 필름 상에 콤마 코터에 의해서 코팅하고, 약 110℃의 온도로 건조하여 건조 자성 패드를 형성하였다. 상기 건조 자성 패드를 약 170℃의 온도에서 열가압(hot press) 공정으로 압축 경화시켜 두께 5 mm의 자성 패드를 얻었다.The previously prepared magnetic powder slurry was coated on a carrier film by a comma coater, and dried at a temperature of about 110° C. to form a dry magnetic pad. The dried magnetic pad was compression-hardened by a hot press process at a temperature of about 170° C. to obtain a magnetic pad having a thickness of 5 mm.
비교예 1: 자성 패드의 제조Comparative Example 1: Preparation of magnetic pad
상기 실시예 1과 동일한 절차를 반복하되, 상기 방열 필러를 첨가하지 않고, 두께 5 mm의 자성 패드를 얻었다.The same procedure as in Example 1 was repeated, but without adding the heat dissipation filler, a magnetic pad having a thickness of 5 mm was obtained.
시험예 1: 자성 특성Test Example 1: Magnetic properties
임피던스 분석 장비를 통하여, 85 kHz에서 자성 패드에 대한 투자율 및 투자 손실을 측정하였다. 그 결과를 하기 표에 정리하였다.Through the impedance analysis equipment, the magnetic permeability and investment loss for the magnetic pad at 85 kHz were measured. The results are summarized in the table below.
상기 표에서 보듯이, 실시예 1의 자성 패드는 투자율이 적정 수준 이상이면서도, 비교예 1의 자성 패드에 비해 현저히 낮은 투자손실을 가짐으로써, 투자율/투자손실 비율이 매우 높았다.As shown in the table, the magnetic pad of Example 1 had a permeability higher than an appropriate level, but had a significantly lower investment loss than the magnetic pad of Comparative Example 1, and thus had a very high magnetic permeability/investment loss ratio.
시험예 2: 방열 특성Test Example 2: Heat dissipation characteristics
자성 패드를 코일, 금속판, 지지판 등과 결합하여 무선 충전 소자를 제작하고, 30분간 무선 충전을 수행하였다. 이때 자성 패드의 초기 온도 및 30분 충전 이후의 온도를 측정하여, 그 결과를 하기 표에 정리하였다.A wireless charging device was manufactured by combining a magnetic pad with a coil, a metal plate, a support plate, and the like, and wireless charging was performed for 30 minutes. At this time, the initial temperature of the magnetic pad and the temperature after 30 minutes of charging were measured, and the results are summarized in the table below.
상기 표에서 보듯이, 30분간 무선 충전 이후에 비교예 1의 자성 패드 대비 실시예 1의 자성 패드의 온도가 현저히 낮았다.As shown in the table, the temperature of the magnetic pad of Example 1 was significantly lower than that of Comparative Example 1 after wireless charging for 30 minutes.
1: 전기 자동차,
10: 무선 충전 소자(수신기),
20: 무선 충전 소자(송신기),
100: 일 구현예에 따른 자성 패드,
101: 종래의 유무기 복합 자성 패드,
110, 210: 자성 필러,
120: 방열 필러,
150: 전도성 네트워크,
200: 코일,
300: 금속판,
400: 지지판,1: electric vehicle,
10: wireless charging element (receiver), 20: wireless charging element (transmitter),
100: a magnetic pad according to an embodiment, 101: a conventional organic-inorganic composite magnetic pad,
110, 210: magnetic filler, 120: heat dissipation filler,
150: conductive network, 200: coil,
300: metal plate, 400: support plate,
Claims (15)
상기 고분자 수지 내에 분산된 금속계의 자성 필러; 및
상기 고분자 수지 내에 분산되고 절연성을 갖는 방열 필러를 포함하고,
하기 식 (1)을 만족하는, 자성 패드:
5 ≤ d1/d2 ≤ 500 (1)
상기 식에서
d1 및 d2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 평균 입경이다.
polymer resin;
a metal-based magnetic filler dispersed in the polymer resin; and
and a heat dissipation filler dispersed in the polymer resin and having insulation,
A magnetic pad satisfying the following formula (1):
5 ≤ d1/d2 ≤ 500 (1)
in the above formula
d1 and d2 are the average particle diameters of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
상기 방열 필러가 106 Ωm 내지 1016 Ωm의 비저항 및 5 W/mK 내지 5000 W/mK의 열전도도를 갖는, 자성 패드.
The method of claim 1,
The magnetic pad, wherein the heat dissipation filler has a resistivity of 10 6 Ωm to 10 16 Ωm and a thermal conductivity of 5 W/mK to 5000 W/mK.
상기 방열 필러가 비카본계(non-carbonous) 무기물을 포함하는, 자성 패드.
The method of claim 1,
The magnetic pad, wherein the heat dissipation filler includes a non-carbonous inorganic material.
상기 방열 필러가 세라믹을 포함하는, 자성 패드.
The method of claim 1,
The magnetic pad, wherein the heat dissipation filler comprises a ceramic.
상기 방열 필러가 알루미나, 실리카, 질화알루미늄 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 자성 패드.
The method of claim 1,
The heat dissipation filler comprising at least one selected from the group consisting of alumina, silica, aluminum nitride and magnesium oxide, magnetic pad.
상기 d1/d2 비율이 10 내지 100인, 자성 패드.
The method of claim 1,
The d1/d2 ratio is 10 to 100, the magnetic pad.
상기 d2가 10 nm 내지 10 ㎛인, 자성 패드.
7. The method of claim 6,
The d2 is 10 nm to 10 μm, the magnetic pad.
상기 자성 패드가 하기 식 (2)를 더 만족하는, 자성 패드:
1 ≤ c1/c2 ≤ 200 (2)
상기 식에서
c1 및 c2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 함량이다.
The method of claim 1,
A magnetic pad, wherein the magnetic pad further satisfies the following formula (2):
1 ≤ c1/c2 ≤ 200 (2)
in the above formula
c1 and c2 are the contents of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
상기 자성 패드가, 상기 자성 패드의 총 중량을 기준으로,
상기 자성 필러를 50 중량% 내지 95 중량%로 포함하고,
상기 방열 필러를 1 중량% 내지 10 중량%로 포함하는, 자성 패드.
The method of claim 1,
The magnetic pad, based on the total weight of the magnetic pad,
50% to 95% by weight of the magnetic filler,
A magnetic pad comprising 1 wt% to 10 wt% of the heat dissipation filler.
상기 자성 패드가 하기 식 (3)을 더 만족하는, 자성 패드:
2.5 ≤ (d1/d2) / (c1/c2) ≤ 500 (3)
상기 식에서
d1 및 d2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 평균 입경이고,
c1 및 c2는 각각 상기 자성 필러 및 상기 방열 필러의 함량이다.
The method of claim 1,
A magnetic pad, wherein the magnetic pad further satisfies the following formula (3):
2.5 ≤ (d1/d2) / (c1/c2) ≤ 500 (3)
in the above formula
d1 and d2 are the average particle diameters of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively,
c1 and c2 are the contents of the magnetic filler and the heat dissipation filler, respectively.
상기 자성 패드가 79 kHz 내지 90 kHz 주파수 대역에서 10 이상의 투자율/투자손실 비율을 갖는, 자성 패드.
The method of claim 1,
The magnetic pad has a magnetic permeability/loss of investment ratio of 10 or more in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
상기 고분자 수지 내에 분산된 금속계의 자성 필러; 및
상기 고분자 수지 내에 분산되고 절연성을 갖는 방열 필러를 포함하고,
상기 방열 필러가 상기 자성 필러를 둘러싸는, 자성 패드.
polymer resin;
a metal-based magnetic filler dispersed in the polymer resin; and
and a heat dissipation filler dispersed in the polymer resin and having insulation,
and the heat dissipation pillar surrounds the magnetic pillar.
상기 자성 패드는 상기 방열 필러에 의해 상기 자성 필러 간의 직접 접촉이 없는, 자성 패드.
13. The method of claim 12,
The magnetic pad has no direct contact between the magnetic pillars by the heat dissipation pillar.
A wireless charging device comprising the magnetic pad of claim 1 .
상기 무선 충전 소자가 전기 자동차에 사용되는, 무선 충전 소자.15. The method of claim 14,
The wireless charging element is used in an electric vehicle, a wireless charging element.
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KR20110042403A (en) | 2009-10-19 | 2011-04-27 | 김현민 | Wireless charging system for electric car and charging method therefor |
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