KR20220090192A - 무선충전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 자기장을 생성하기 위한 자성체; 전자 부품이 설치되는 인쇄회로기판; 상기 자기장으로부터 생성된 전력을 전달하는 리츠와이어; 및 상기 인쇄회로기판과, 상기 자성체 또는 상기 리츠와이어의 사이에 배치되도록 형성되는 복수의 열전도플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 각 구성요소 사이에 열전도도가 높은 소재의 열전도플레이트를 배치함으로써, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

무선충전시스템 {Wireless Charging System}
본 발명은 무선충전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 방열 성능이 향상된 무선충전시스템에 관한 것이다.
최근 전기자동차의 활성화에 따라, 전기자동차의 무선충전시스템의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 현재까지 개발되어 양산에 성공한 무선충전시스템의 충전 성능은 3.3kW 정도이나, 전기자동차의 배터리 용량이 증가되고 있어, 보다 큰 충전 성능을 갖는 무선충전시스템 개발이 필요하다.
다만, 무선충전시스템의 충전 성능이 증가될 경우, 발열도 증가됨으로써 충전 효율이 저감되는 문제가 발생된다. 또한, 종래의 무선충전시스템은 부품을 배치한 후 에폭시를 이용하여 무선충전시스템의 내부 전체를 몰딩하여 경화시킨 후, 커버를 덮어 결합시키는 방식으로 제작되고 있다. 에폭시와 같은 몰딩제를 이용하여 전체를 몰딩할 경우, 몰딩제와 히트싱크가 접촉되도록 함으로써 몰딩제를 통해 열전도가 발생되어 방열되는 것이다.
그러나, 몰딩제로 전체를 몰딩하는 경우, 외부 충격이나 전자 부품의 손상 발생시 부품 수리가 불가한 문제가 있다. 또한, 몰딩제가 경화되는 과정에서 회로기판이나 전자 부품에 충격이 전달되면서 파손될 수 있으나, 이와 같은 경우에도 수리가 불가하여 전체를 교체해야하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 무선충전시스템의 방열 성능을 향상시키면서 부품 수리가 가능한 무선충전시스템을제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자기장을 생성하기 위한 자성체; 전자 부품이 설치되는 인쇄회로기판; 상기 자기장으로부터 생성된 전력을 전달하는 리츠와이어; 및 상기 인쇄회로기판과, 상기 자성체 또는 상기 리츠와이어의 사이에 배치되도록 형성되는 복수의 열전도플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 열전도플레이트는, 상기 인쇄회로기판과 냉각유로 사이에도 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 자성체, 상기 인쇄회로기판, 상기 리츠와이어 및 상기 복수의 열전도플레이트는 적층되어 배치되며, 분리 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자성체를 고정시키도록 형성되는 자성체가이드; 및 상기 리츠와이어를 고정시키도록 형성되는 와이어트레이;를 더 포함하고, 상기 자성체가이드 및 상기 와이어트레이는, 방열플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 와이어트레이는, 지면을 바라보는 일면에 형성되는 완충부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 와이어트레이는, 상기 지면을 바라보는 상기 일면에 돌출 형성되는 복수의 격벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 각 구성요소 사이에 열전도도가 높은 소재의 열전도플레이트를 배치함으로써, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 자성체와 리츠와이어를 고정시키기 위한 자성체가이드와 와이어트레이를 방열프라스틱으로 형성함으로써, 자성체 및 리츠와이어에서 발생된 열을 효율적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 각 구성요소가 적층되어 결합되도록 함으로써, 부품 손상 또는 고장 발생시 분해하여 수리할 수 있어, 제품 수명이 연장되며 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 지면으로 노출되는 와이어트레이의 일면에 격벽 및 완충부를 형성함으로써, 내구성을 향상시켜 충격 발생에도 부품 손상 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명이 상기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니며, 본 발명에 의한 다양한 효과는 상기의 효과로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 무선충전시스템의 평면도.
도 2는 도 1의 무선충전시스템의 저면도.
도 3은 도 1의 무선충전시스템의 분해사시도.
도 4는 도 3의 와이어 트레이의 저면도.
도 5는 도 1의 무선충전시스템의 방열 성능을 도시한 비교표.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전시스템을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5는 일 실시예에 따른 무선충전시스템을 도시한 것으로서, 도 1은 본 발명에 따른 무선충전시스템의 평면도이고, 도 2는 도 1의 무선충전시스템의 저면도이며, 도 3은 도 1의 무선충전시스템의 분해사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 와이어 트레이의 저면도이고, 도 5는 도 1의 무선충전시스템의 방열 성능을 도시한 비교표이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선충전시스템(100)은, 냉각유로(110), 자성체가이드(120), 자성체(130), 인쇄회로기판(140), 리츠와이어(150), 와이어트레이(160) 및 열전도플레이트(170)가 적층되어 형성된다. 이때, 무선충전시스템(100)은 차량에 장착되는 수신패드로, 냉각유로(110)가 차량 내부를 향하는 측이며, 와이어트레이(160)가 지면을 향하는 측이다.
냉각유로(110)는 냉각수가 흐르도록 유로가 설계되어 무선충전시스템(100)에서 발생된 열로 인해 전자부품의 소손을 방지하기 위해 냉각시키는 것이다. 이와 같은 냉각유로(110)는 알루미늄과 같이 전달된 열이 효율적으로 방열 될 수 있도록 한다.
자성체가이드(120)(Ferrite Guide)와 자성체(130)(Ferrite)는 자기장을 생성하는 것으로서, 보다 상세하게는, 자성체(130)에서 자기장이 생성되며, 자성체가이드(120)는 자성체(130)를 안정적으로 고정키기기 위한 구조물이다. 이와 같은 자성체가이드(120)는 자성체(130)의 변형을 방지하고 안정적으로 고정시키기 위해, 플라스틱과 같이 견고한 소재로 형성된다. 그리고, 자성체가이드(120)는 자성체(130)에서 발생되는 열을 효율적으로 방열하기 위해 방열플라스틱으로 형성된다.
인쇄회로기판(140)은, 복수의 개수로 형성되는데, 임피던스 매칭, 송신패드와의 정렬을 위한 위치센서 등이 설계된다. 그리고, 인쇄회로기판(140)은 냉각유로(110)와 자성체가이드(120) 사이, 자성체(130)와 리츠와이어(150) 사이에 배치되어 적층된다.
리츠와이어(150)(Litz Wire)는, 자성체(130)에서 발생된 자기장으로부터 생성되는 전력을 전달하는 것으로서, 권선되어 배치된다. 리츠와이어(150)는 자성체(130)와 같이 열이 발생되는 것으로서, 방열을 필요로 한다.
와이어트레이(160)는 리츠와이어(150)를 고정시키기 위한 것으로서, 리츠와이어(150)가 권선되어 고정된다. 또한, 와이어트레이(160)는 일면이 지면을 향하여 외부로 노출되어 결합된다. 즉, 무선충전시스템(100)의 커버 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 와이어트레이(160)는 커버의 역할을 효율적으로 수행하고, 리츠와이어(150)를 안정적으로 고정시키기 위해 플라스틱과 같이 견고한 소재로 형성된다. 또한, 자성체가이드(120)와 같이 리츠와이어(150)에서 발생되는 열을 효율적으로 방열하기 위해 방열플라스틱으로 형성된다. 그리고, 와이어트레이(160)가 지면을 바라보는 일면에는 격벽(161)과 완충부(162)가 형성된다.
격벽(161)은 와이어트레이(160)의 일면에 형성된 것으로서, 복수의 리브로 돌출 형성된다. 이처럼, 와이어트레이(160)의 일면에 격벽(161)이 형성될 경우, 와이어트레이(160)에 충격이 발생된 경우 충격을 감쇄시켜 무선충전시스템(100)의 내부 부품으로 충격이 전달되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
완충부(162)는, 격벽(161)으로 인해 구획된 와이어트레이(160)의 일면에 이중사출로 형성되는 것으로서, 와이어트레이(160)와 상이한 탄성과 강도가 높은 TPU(Thermoplastic Polyurethane)와 같은 소재로 형성된다. 이처럼, 지면을 바라보는 일면에 탄성 소재의 완충부(162)가 형성될 경우, 와이어트레이(160)가 플라스틱으로만 형성되는 것보다 내충격이 강화되는 효과가 있다. 보다 상세하게는, 와이어트레이(160)의 일면이 지면을 향해 노출되어 있기 때문에, 차량 주행 중 돌, 흙 등의 부산물들이 튀어 부딪히는 경우, 완충부(162)에서 충격을 흡수하여 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
더불어, 와이어트레이(160)에 형성된 격벽(161)은 각 구획 간의 공간이 연통되도록 슬릿(미도시)이 형성될 수 있다. 슬릿은 행 또는 열 방향으로 형성되어 복수의 구획된 공간이 연통되도록 하는데, 이처럼, 격벽(161)에 슬릿이 형성되는 경우, 완충부(162)를 형성하는데 용이한 효과가 있다. 보다 상세하게, 슬릿이 형성된 행 또는 열 방향으로 하나의 사출부에서 완충부(162)의 소재를 주입하여 복수의 구획된 공간에 완충부(162)의 소재가 유입되도록 할 수 있다. 따라서, 사출 성형시 원료 주입구를 적은 수로 형성할 수 있어 설비 비용을 감소시킬 수 있으며, 성형 공정이 간결해지는 효과가 있다.
열전도플레이트(170)는, 부품 간의 열전도가 효율적으로 이루어지도록 열전도도가 높은 소재로 형성되어, 각 구성요소 사이에 배치된다. 즉, 무선충전시스템(100)에서 열이 발생되는 구성요소인 자성체(130)와 리츠와이어(150)의 전후면에 배치되도록 함으로써 발생된 열이 효율적으로 전달되도록 한다.
보다 상세하게, 열전도플레이트(170)는, 도면에 도시된 바와 같이, 지면을 향해 노출되는 와이어트레이(160)에서부터 차량 내부를 향하는 냉각유로(110)까지 복수의 개수로 구비되어 배치된다. 리츠와이어(150)와 인쇄회로기판(140)의 사이, 인쇄회로기판(140)과 자성체(130)의 사이, 인쇄회로기판(140)과 냉각유로(110)의 사이에 배치된다. 이처럼, 열전도플레이트(170)가 각 구성요소 사이에 배치되도록 함으로써, 열전도가 효율적으로 이루어져 방열 성능이 향상되도록 한다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 무선충전시스템(100)은, 리츠와이어(150) 및 자성체(130)에서 발생된 열이 복수의 열전도플레이트(170)와 방열플라스틱으로 형성되는 자성체가이드(130)에 의해 냉각유로(110)로 효율적으로 전달되도록 한다. 또한, 리츠와이어(150)에서 발생된 열의 일부는 방열플라스틱으로 형성되는 와이어트레이(160)를 통해 공기 중으로 배출되도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 와이어트레이(160)와 자성체가이드(120)를 방열플라스틱으로 형성할 경우, 일반플라스틱에 비해 방열 성능이 월등한 것을 확인할 수 있다. 즉, 적층 구조로 조립되는 무선충전시스템(100)에 적용되는 와이어트레이(160)와 자성체가이드(120)를 방열플라스틱으로 형성함으로써, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 보다 상세하게, 도 5의 1번은 일반플라스틱으로 형성된 경우이고, 2번 ~ 6번은 방열플라스틱으로 형성된 경우의 실험 결과값이다. 여기서, 2번에서 6번까지는 방열플라스틱의 방열파우더 함유량의 차이로, 2번에서 6번으로 갈수록 방열파우더 함유량이 증가된다. 그러나, 방열파우더가 증가될수록 방열 성능은 향상되나, 원가가 증가되고 내충격성은 감소되는 문제가 있다. 이에, 본 발명은 2번과 같이 일반플라스틱에 비해 방열 성능은 월등하고 내충격성까지 확보할 수 있는 수준으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 각 구성요소 사이에 열전도도가 높은 소재의 열전도플레이트(170)를 배치함으로써, 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
아울러, 지면을 향해 노출되는 와이어트레이(160)의 일면에 격벽(161)과 완충부(162)를 형성함으로써, 적층 구조로 배치함으로 인해 저하될 수 있는 내구성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 차량 주행 중 발생될 수 있는 충격을 흡수하여 감쇄시킴으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명의 무선충전시스템(100)은 각 구성요소가 적층되어 결합되도록 함으로써, 부품 손상 또는 고장 발생시 분해하여 수리를 할 수 있어, 수명을 연장시킬 수 있으며, 유지 보수 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 일 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 일 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 무선충전시스템 110 : 냉각유로
120 : 자성체가이드 130 : 자성체
140 : 인쇄회로기판 150 : 리츠와이어
160 : 와이어트레이 161 : 격벽
162 : 완충부 170 : 열전도플레이트

Claims (6)

  1. 자기장을 생성하기 위한 자성체(130);
    전자 부품이 설치되는 인쇄회로기판(140);
    상기 자기장으로부터 생성된 전력을 전달하는 리츠와이어(150); 및
    상기 인쇄회로기판(140)과, 상기 자성체(130) 또는 상기 리츠와이어(150)의 사이에 배치되도록 형성되는 복수의 열전도플레이트(170);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도플레이트(170)는, 상기 인쇄회로기판(140)과 냉각유로(110) 사이에도 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무선충전시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성체(130), 상기 인쇄회로기판(140), 상기 리츠와이어(150) 및 상기 복수의 열전도플레이트(170)는 적층되어 배치되며, 분리 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 무선충전시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성체(130)를 고정시키도록 형성되는 자성체가이드(120); 및
    상기 리츠와이어(150)를 고정시키도록 형성되는 와이어트레이(160);
    를 더 포함하고,
    상기 자성체가이드(120) 및 상기 와이어트레이(160)는, 방열플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선충전시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 와이어트레이(160)는,
    지면을 바라보는 일면에 형성되는 완충부(162);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 와이어트레이(160)는,
    상기 지면을 바라보는 상기 일면에 돌출 형성되는 복수의 격벽(161);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전시스템.
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