WO2015050369A1 - 자성부재 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 - Google Patents

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WO2015050369A1
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magnetic
soft magnetic
layer
width
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염재훈
이상원
김소연
배석
송지연
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a magnetic member applied to a wireless power receiver.
  • Magnetic materials are used in IT component modules for wireless power transmission such as NFC (Near Field Communication).
  • NFC Near Field Communication
  • the use of such magnetic materials has made it possible to introduce electromagnetic shielding materials (magnetic materials) to minimize electromagnetic energy loss, thereby relying solely on coil design.
  • Efforts have been made to improve the function / performance of transmission efficiency (wireless power transfer).
  • a shielding material that satisfies the function of the wireless power transmission is required, and shows a limitation in compatibility due to the diversification of the standard method for the wireless power transmission.
  • Representative examples of such standard methods of wireless power transmission include a wireless power consortium (WPC), an alliance for wireless power (A4WP), and a power matters alliance (PMA) method, which are technically classified into magnetic induction and magnetic resonance.
  • WPC wireless power consortium
  • A4WP alliance for wireless power
  • PMA power matters alliance
  • the details of the IT parts are the biggest difference between the introduction of permanent magnets in the transmitter or the receiver (the difference in the wireless power transmission efficiency of each standard depends on whether the permanent magnets are mounted), and the various designs resulting from this. The difference is the application of.
  • the center of the power transmitter includes permanent magnets regardless of magnetic induction or magnetic resonance function.
  • the reason why the permanent magnet is installed is to calibrate the position of the transmitting antenna and the receiving antenna to an optimal position.
  • the material and the structure of the different magnetic members are required for each standard, and for this purpose, there is a problem that the material and the structure of the magnetic body must be modified.
  • a magnetic member having compatibility compatible with the various standard methods described above has not been developed.
  • the antenna in the NFC and WPC system is configured to include a coil of a constant area, to receive the energy required for the operation of the microchip from the reader.
  • the magnetic field is formed by the AC power energy generated by the primary coil of the reader, the current is induced through the coil of the antenna, and the voltage is generated by the inductance of the antenna. The voltage thus generated is used as power for data transmission or for charging the battery.
  • the power transfer efficiency between the primary coil and the secondary coil is related to the operating frequency, the residual area of the secondary coil, the distance and angle between the primary and secondary coils, and the operating distance is relatively limited due to the limitation of the amount of current flowing to the antenna side. short.
  • a magnetic layer that shields electromagnetic waves is formed on the secondary coil of the antenna.
  • Embodiments of the present invention have been made to solve the above-mentioned problems, and are particularly compatible with various wireless power transmission standards, while minimizing the effects of permanent magnets in power transmission methods requiring permanent magnets, while providing high power transmission efficiency.
  • a cross section having a first width x in a first direction and a second width y in a second direction orthogonal to the first direction, and the cross section It has a thickness (z) extending from, and the ratio of the area of the cross section and the thickness (z) is 1: (0.0002 ⁇ 1) to provide a magnetic member.
  • a cross section having a first width x in a first direction and a second width y in a second direction orthogonal to the first direction and extending from the cross section And a coil pattern on the soft magnetic layer and a soft magnetic layer including an opening in the thickness Z direction, wherein the soft magnetic layer corresponds to a region corresponding to the coil pattern and a coil pattern. It is possible to provide a magnetic member comprising a region extending from the region.
  • a magnetic member that is compatible with various wireless power transmission standards, and can realize a high power transmission efficiency while minimizing the influence of permanent magnets in a power transmission method requiring permanent magnets. It can work.
  • Tx-A1 (representative permanent magnet-mounted transmitter standard) and Tx-A11 (representative permanent magnet unapplied transmitter standard) by minimizing the influence of permanent magnets mounted on the latest wireless power transmission transmitter and receiver.
  • Tx-A11 (representative permanent magnet unapplied transmitter standard) by minimizing the influence of permanent magnets mounted on the latest wireless power transmission transmitter and receiver.
  • an advantage of realizing a high efficiency wireless power transmission is realized regardless of whether a permanent magnet is introduced into the transmitter or receiver.
  • the magnetic member according to an embodiment of the present invention can maximize the wireless power transmission efficiency by applying a magnetic material excellent in the effect of wireless power transmission, and can be applied to a variety of magnetic materials regardless of the new standard, such as a mobile phone Advantages that can be extended to various communication and IT devices including small personal portable devices and large OLEDs and HEV / EVs are realized.
  • the soft magnetic substrate according to another embodiment of the present invention forms an opening in the center of the soft magnetic layer disposed on the coil pattern to reduce the area occupied by the soft magnetic layer, thereby minimizing manufacturing cost, and
  • the recognition distance may be configured to be greater than or equal to the minimum recognition distance.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a magnetic member according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are conceptual views showing the structure of a modified embodiment of the magnetic member according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates a wireless power conversion (WPC) system or a near field communication (NFC) system to which a magnetic member is applied according to another embodiment of the present invention.
  • WPC wireless power conversion
  • NFC near field communication
  • FIG. 9 and 10 are conceptual views illustrating magnetic members constituting a transmitting device or a receiving device according to an embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 8.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a soft magnetic substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 and 13 are views for explaining a magnetic member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a table illustrating a recognition distance of a magnetic member according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a graph illustrating a recognition distance of a magnetic member according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a magnetic member according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic member 10 may have a first width x in a first direction and a second width y in a second direction perpendicular to the first direction. It has a cross section provided and the thickness (z) extending from the cross section, the ratio of the area of the cross section and the thickness z may be formed in a structure that satisfies 1: (0.0002 ⁇ 1).
  • a sheet member having a cross-sectional shape of various single closed curve structures having a directionality and a constant thickness in a first direction and a second direction may be formed. All are included in the scope of the present invention.
  • the magnetic member 10 has a length in a first direction having a first width x and a length in a second direction y perpendicular to the first width x. It has a width (y), wherein the first width and the second width, the first width (x) is the longest horizontal line in the horizontal direction of the cross section, the second width (y) of the direction orthogonal to the first width It is defined as the longest vertical line, in the embodiment of the present invention, the ratio of the thickness of the magnetic member to the area of the planar cross section realized by the first width and the second width satisfies the range of 1: (0.0002 ⁇ 1). It is characterized by.
  • the first width (x) is defined as the longest horizontal line in the horizontal direction of the cross section
  • the second width (y) is defined as the longest vertical line in the direction orthogonal to the first width, and has a thickness with respect to the specified area.
  • the unit applied in defining the ratio is mm, which is converted into a ratio of 10 a (a is rational) when the unit is changed.
  • the ratio is calculated by applying only the value ignoring the unit.
  • the magnetic member of the receiver When the permanent magnet is located at the center of the transmitting antenna in the wireless power transmission module including the normal magnetic member, the magnetic member of the receiver is affected, and the permeability decrease due to the magnetic field induced by the current flowing through the coil of the transmitter and the receiver is affected. Get up. Since the soft magnetic core of the transmitter is thick and several millimeters thick, it is not severely affected even if the permeability of a certain portion adjacent to the permanent magnet is low. However, the soft magnetic sheet having a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm is flat and vertical. As it has a high permeability characteristic, the magnetization behavior is processed by adjacent permanent magnets, and thus the phenomenon induced by the alternating magnetic field formed by the coil is reduced.
  • the transmission efficiency can be improved through wireless power transmission as well as compatibility that can be applied interchangeably regardless of the existence of permanent magnets applied to various power transmission standards. do.
  • the ratio is out of the above-mentioned range, the power transmission efficiency is significantly lowered, and is severely affected by the permanent magnets, so that it may be applied to a specific standard, but it is not suitable for other standard methods.
  • the magnetic member 10 has a total volume of 10 3 mm 3 ⁇ 10 12 implemented as a magnetic material in a range that satisfies the ratio of the thickness to the area of the cross section regardless of its shape. It is more preferable to satisfy mm 3 .
  • the volume range described above may further increase the compatibility and transmission efficiency of wireless power transmission in addition to the case where the ratio of the thickness to the area of the cross section of the magnetic member is satisfied.
  • FIG. 2 conceptually illustrates a form applied to a wireless power transmission or reception module according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic member according to an embodiment of the present invention is implemented as a single layer in a non-laminated structure, as shown in Figure 2 (a), the thickness of the cross-sectional area of the embodiment of FIG. It is implemented in a range that satisfies the ratio, or as shown in (b) can be implemented in a laminated structure of a plurality of unit sheets (110a ⁇ 110d) to implement a range that meets the ratio of the thickness to the area of the cross section described in FIG. It may be.
  • the wireless power transmission module having a permanent magnet in the case of implementing a simple laminated structure without a mediator such as a separate adhesive with each separate structure.
  • the thickness of the unit sheet satisfies the range of 18um ⁇ 200um, in the case of lamination type, the number of laminations satisfies the ratio range of the thickness of the unit area of the magnetic member of the present invention in the range of 2 to 30 layers. It is preferable to implement in order to be able to escape from the influence of permanent magnets.
  • the surface of the magnetic member 10 may further include a cover film 20A, 20B, and may be applied to the wireless charging module.
  • the upper surface of the magnetic member 10 may be used for wireless power transmission.
  • Coil 20 may be further disposed.
  • Figure 3 illustrates the structure of the magnetic member and the arrangement position of the coil 20 and the modified arrangement of the cover film 20A of the present invention.
  • the magnetic member of FIGS. 1 and 2 is a metal-based magnetic powder composed of one or a combination of two or more elements selected from Fe, Ni, Co, Mo, Si, Al, and B. And a composite material of a polymer and / or a metallic-alloy based magnetic ribbon.
  • the 'ribbon' is generally defined as a very thin "band", “string” or “band” type of metal alloy in a crystalline (Crystalline) or amorphous state.
  • the 'ribbon' as defined in the present invention is a metal alloy in principle, but due to its appearance, a separate term “Ribbon” is used, and the ribbon is Fe (Co) -Si-B as the main material. It can be used in various compositions by adding additives such as Nb, Cu, and Ni. Fiber, vinyl, plastic and metals, alloys, etc. may be used as a material applicable in a broad sense, but in daily life, it is mainly manufactured in the form of fiber or vinyl, and may be used for the purpose of tying objects and for decoration. have.
  • the magnetic member according to the present invention may be composed of Fe-Si-B and MnZn-based ferrite.
  • the ratio of the area of the cross section to the thickness z satisfies the range of 1: (0.0002 to 1), and more preferably the volume of the magnetic member satisfies 10 3 mm 3 to 10 12 mm 3 . It is preferable.
  • the transmission efficiency of wireless power was measured according to the thickness of the magnetic member formed of Fe-Si-B material and the magnetic member formed of MnZn ferrite material.
  • the thickness of the sheet varied from 0.1mm to 0.3mm, and the application antenna for wireless power transmission applied LF5055ANT and unified coil thickness to 0.1mm.
  • the area of the magnetic member was 50mm ⁇ 55mm (area: 2750mm 2 ).
  • the distance between the magnetic member and the antenna was 0.03mm and the input power was 2.5 ⁇ 3.5W.
  • the power transmission method is Tx-A11, Tx-A1.
  • the result shown in FIG. 4 was applied to Fe-Si-B as a ribbon, and the result shown in FIG. 5 shows the result of applying MnZn ferrite. 4 and 5, in any case, when the thickness of the sheet is increased in the range that satisfies the scope of the present invention, the transmission efficiency can be secured up to 65 to 69%, and the desired degree in different transmission methods (wireless Appropriate transmission efficiency for charging) can be confirmed.
  • 6 and 7 show the results of measuring the transfer efficiency of each sheet according to the embodiment of the present invention.
  • the measurement conditions were measured by varying the sheet area from 1000mm 2 to 3000mm 2 to measure the transfer efficiency of the magnetic members formed of Fe-Si-B material and the magnetic members formed of MnZn ferrite material. .
  • the thickness of the sheet was applied to two thicknesses of 0.1mm and 0.25mm, respectively, and the application antenna for wireless power transmission was applied with 50mm ⁇ 55mm lead frame LF5055ANT and the thickness of coil was 0.1mm.
  • the maximum size of the magnetic member is 50mm ⁇ 55mm (area: 2750mm 2 ).
  • the distance between the magnetic member and the antenna is 0.03mm and the input power is 2.5 ⁇ 3.5W.
  • Power transmission method is Tx-A11, Tx-A1)
  • the transmission efficiency of the area bumper according to an embodiment of the present invention is increased the thickness of the sheet in a range meeting the scope of the present invention despite the difference in the transmission method
  • transmission efficiency can be secured up to 62 ⁇ 69%, and it can be confirmed that the desired degree (transmission efficiency suitable for wireless charging) can be secured even in different transmission methods.
  • the magnetic member according to the embodiment of the present invention has a ratio of the area of the cross section and the thickness of 1: (0.0002-1), or in addition to the volume of the magnetic member is 10 3 mm 3 ⁇
  • a ratio of the area of the cross section and the thickness of 1: (0.0002-1)
  • the volume of the magnetic member is 10 3 mm 3 ⁇
  • FIG. 2 illustrates a Conversion (WPC) system or a Near Field Communication (NFC) system.
  • the wireless power transmission system or the short range wireless communication system includes a transmitter 200 and a receiver 100.
  • the transmitting device 200 includes a transmitting coil 210
  • the receiving device 100 includes a receiving coil 110.
  • the transmitting coil 210 is connected to the power source 201, and the receiving coil 110 is connected to the circuit unit 101.
  • the power source 201 may be an AC power source that provides AC power of a predetermined frequency, and an AC current flows through the power supplied from the power source 201 to the transmitting coil 210.
  • an alternating current flows through the transmitting coil 210, an alternating current is also induced in the receiving coil 110 which is physically spaced by electromagnetic induction.
  • the current induced in the receiving coil 110 is transferred to the circuit unit 101 and rectified to operate the receiving device 100.
  • the transmitting device 200 may be configured as a transmission pad, and the receiving device 100 is a portable terminal to which a wireless power transmission / reception technology is applied.
  • the receiving device 100 is a portable terminal to which a wireless power transmission / reception technology is applied.
  • Home / personal electronics, a mobile terminal, etc., or a mobile terminal to which wireless power transmission / reception technology is applied, home / personal electronics, transportation means, etc. may include only the wireless power receiver 100, or alternatively
  • the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 100 may be set to include both.
  • the transmitting device 200 may be configured as a reader, and the receiving device 100 may be configured as a tag.
  • NFC near field communication
  • FIG. 9 and 10 are conceptual views illustrating magnetic members constituting a transmitting device or a receiving device according to an embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 8.
  • 9 is a top plan view of a magnetic member according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a side cross-sectional conceptual view of the magnetic member according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic member in this embodiment also has a cross section having a first width x in a first direction and a second width y in a second direction orthogonal to the first direction, and a thickness z extending from the cross section. It may be composed of a sheet or a substrate structure having a), in particular, in the present embodiment is composed of a soft magnetic layer including an opening in the thickness (Z) direction.
  • the magnetic member according to the exemplary embodiment of the present invention includes the coil pattern 110 and the soft magnetic layer 120 constituting the receiving coil, and the coil pattern 110.
  • the coil pattern 110 may be configured of a coil, and the coil may be configured of 3 to 4 turns.
  • the coil pattern 110 may be included in the protective layer 111.
  • an inductance of the coil pattern 110 may be about 3.2 H, and the coil pattern 110 may have a width of 3 mm.
  • the coil pattern 110 may be formed of polygons having various structures in addition to the form shown in FIG. 10.
  • a soft magnetic layer 120 is formed on the coil pattern 110, and an opening 125 is included in the soft magnetic layer 120.
  • the soft magnetic layer 120 includes a region a corresponding to the coil pattern 110 and a region a corresponding to the coil pattern 111. It can be arranged to include an area (b, c) extending from.
  • the soft magnetic layer 120 may be configured to occupy an area of 25 to 50% on the magnetic member. That is, the soft magnetic layer may be implemented to occupy 25% to 50% of the area of the entire magnetic member including the opening.
  • the soft magnetic layer 120 includes a region (a) corresponding to the coil pattern 110 and a region (b, c) extending 5 mm from the region (a) corresponding to the coil pattern 110. It may be arranged to.
  • the soft magnetic layer 120 may extend from the region a corresponding to the coil pattern 110 toward the opening 125 by a width d2 and d3 of 5 mm, and
  • the area b corresponding to the coil pattern 110 may be disposed to include an area b extended by a width d1 of 1 mm from the soft magnetic substrate.
  • the area of the soft magnetic layer 120 may be reduced, and the recognition distance of the soft magnetic substrate from the reader may be configured to be equal to or greater than the minimum recognition distance.
  • the soft magnetic layer 120 may be configured by punching the integral soft magnetic layer, or may be configured as a coupling structure of a plurality of separated magnetic structures.
  • the soft magnetic layer 120 is composed of a combined structure of a plurality of separate magnetic structures, the separated structures of rectangular or bar structures are assembled or configured, or the 'b' shaped structure and the 'b' shaped Can be constructed by assembling the structure of the form.
  • the soft magnetic layer 120 configured as described above may further include an insulating material layer disposed between the coil pattern and the soft magnetic layer.
  • the insulating material layer may be formed of an insulating material layer such as an adhesive layer or a protective film.
  • the coil pattern 110 may be provided with a protective layer 111 for the purpose of protecting it, it may be adhered to the protective layer 111 via the adhesive layer 130.
  • a protective layer 127 may be formed on the upper or lower surface of the soft magnetic layer 120. In this embodiment, a black film layer will be described as an example.
  • the soft magnetic layer 120 may be configured to have a specific permeability of 50 to 200, Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, It may be composed of ferrite (ferrite) containing at least one of C, W, Cr, Bi, Li, Y and Cd.
  • a protective layer 127 may be disposed on one surface and the other surface of the soft magnetic layer 120 using a black film layer.
  • the second soft magnetic layer may be disposed in the opening 125.
  • the second soft magnetic layer may be formed of a material having a magnetic permeability different from that of the soft magnetic layer 120.
  • Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn , Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y and Cd may be composed of a ferrite (ferrite) containing at least one.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a soft magnetic substrate according to another embodiment of the present invention.
  • the soft magnetic substrate according to the embodiment of FIG. 11 includes a coil pattern 110 and a soft magnetic layer 120, and includes a protective layer including the coil pattern 110. (111), the adhesive layer 130, and a black film layer is configured to further include a protective layer (127).
  • the coil pattern 110 may be included in the protective layer 111, and the soft magnetic layer 120 including the opening 125 therein is formed on the coil pattern 110.
  • the soft magnetic layer 120 may be disposed only on the region a corresponding to the coil pattern 110.
  • the area of the soft magnetic layer 120 may be minimized, and the recognition distance of the soft magnetic substrate from the reader may be configured to be greater than or equal to the minimum recognition distance.
  • the soft magnetic layer 120 configured as described above may be adhered to the protective layer 111 including the coil pattern 110 through the adhesive layer 130, and the soft magnetic layer 120 may be
  • the protective layer 127 may be disposed on one surface and the other surface to cover the black film layer.
  • FIGS. 12 and 13 are views for explaining a magnetic member according to an embodiment of the present invention.
  • the soft magnetic layer 120 is formed on the front surface of the soft magnetic substrate, whereas, as shown in Figure 13 a magnetic member having a soft magnetic according to an embodiment of the present invention
  • the soft magnetic layer 120 including the opening 125 is configured to include.
  • the soft magnetic substrate forms a soft magnetic layer 120 including the opening 125 by punching on an integrated soft magnetic layer, or combines a plurality of separated magnetic structures.
  • the soft magnetic layer 120 can be configured.
  • FIG. 14 is a table illustrating a recognition distance of a magnetic member according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a graph illustrating a recognition distance of a magnetic member according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 14 and 15 an example in which a soft magnetic substrate according to the prior art and a magnetic member according to the first to fifth embodiments of the present invention is configured to have a sheet size of 42 mm ⁇ 58 mm Let's do it.
  • the horizontal axis of Figure 15 represents the percentage of the area occupied by the soft magnetic layer on the magnetic member
  • the vertical axis represents the recognition distance that can be recognized from the reader.
  • the soft magnetic substrate of the prior art 600 is a structure that covers the soft magnetic layer on the coil pattern, and since the opening is not formed in the soft magnetic layer, a large amount of expensive ferrite material is required when forming the soft magnetic layer, and the recognition distance from the reader is 45 mm.
  • the soft magnetic layer 120 is extended by a width d1 of 1 mm toward the end of the magnetic member, and 2 mm from the coil pattern 110 to the opening 125.
  • the recognition distance from the reader is 45 mm, and the ratio of the area occupied by the soft magnetic layer 120 on the magnetic member is 49%.
  • the soft magnetic layer 120 is extended by a width d1 of 1 mm toward the end side of the soft magnetic substrate, and is moved from the coil pattern 110 to the opening 125.
  • the recognition distance from the reader is 43 mm
  • the ratio of the area occupied by the soft magnetic layer 120 on the magnetic member is 42%.
  • the soft magnetic layer 120 has no width d1 extending to the end side of the magnetic member, and is 1 mm from the coil pattern 110 to the opening 125.
  • the recognition distance from the reader is 39 mm, and the proportion of the area of the soft magnetic layer 120 on the magnetic member is 36%.
  • the soft magnetic layer 120 does not have a width d1 extended to the end side of the soft magnetic substrate, and the coil pattern 110 moves from the coil pattern 110 to the first side.
  • the recognition distance from the reader is 37 mm, and the soft magnetic layer 120 is formed of the magnetic material.
  • the proportion of area on the member is 29%.
  • the soft magnetic layer 120 does not have a width d1 extended to the end side of the soft magnetic substrate, and the opening 125 from the coil pattern 110 is first.
  • the recognition distance from the reader is 29 mm, and the ratio of the area occupied by the soft magnetic layer 120 on the magnetic member is 26%.
  • the coil pattern 110 has a curvature.
  • the magnetic layer 120 may be formed at a portion away from the coil pattern 110.
  • the magnetic member according to the present invention forms an opening in the center of the soft magnetic layer disposed on the coil pattern to reduce the area occupied by the soft magnetic layer, while reducing the recognition distance of the soft magnetic substrate from the reader to a minimum recognition distance of 25 mm or more. Can be configured.

Abstract

본 발명의 실시예 들은 무선충전모듈에 적용되는 자성시트에 관한 것으로, 다양한 무선전력송신 방식의 표준에 호환이 가능하면서도, 영구자석을 필요로 하는 전력송신 방식에서 영구자석의 영향을 최소화하면서도 높은 전력전송효율을 구현할 수 있는 자성시트를 제공할 수 있다.

Description

자성부재 및 이를 포함하는 무선전력전송장치
본 발명의 실시예 들은 무선 전력 수신장치에 적용되는 자성부재에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication)와 같은 무선전력전송용 IT부품모듈에는 자성소재가 사용되고 있는데, 이러한 자성소재의 사용으로 인해 전자기 차폐재(자성체)를 도입하여 전자기적 에너지 손실을 최소화함으로써 코일 설계에만 의존 해 오던 전송효율 (무선전력전송)의 기능/성능을 향상시키고자 하는 노력이 계속되고 있다.
자성체로 구성된 차폐재의 관점에서는 무선전력전송의 기능을 만족시키는 차폐재가 필요하며, 무선전력전송을 위한 표준방식의 다변화로 인한 호환성에 한계점을 보이고 있다. 이러한 무선전력전송의 표준방식의 대표적인 예로는 WPC(Wireless Power Consortium), A4WP(Alliance for Wireless Power), 및 PMA(Power Matters Alliance) 방식이 있으며, 기술적으로는 자기유도 및 자기공진 방식으로 구분된다. IT 부품의 세부적으로는 송신체 또는 수신체 내에 영구자석의 도입 여부가 가장 큰 차이점(영구자석의 탑재 여부에 따라 각 표준 별 무선 전력 전송효율의 차이가 많음)이고, 더 나아가서는 이로 인한 다양한 디자인의 적용을 차이점으로 두고 있다.
WPC 송신부의 A1-type 표준규격에 의하면 전력 송신부의 센터에는 자기유도나 자기공진의 기능의 구현과는 무관하게 영구자석이 포함되어 있다. 영구자석이 설치된 이유는 송신 안테나와 수신 안테나의 위치를 최적의 위치로 교정하기 위함이다. 상술한 다양한 표준방식에 부합하여 각각의 기능이 최상의 성능을 발휘하기 위해서는 표준마다의 각기 다른 자성부재의 재료 및 구조를 필요로 하며, 이를 위해 자성체의 재료 및 구조가 변형되어야 하는 문제가 있으며, 현재까지 상술한 다양한 표준방식에 부합하는 호환성을 가지는 자성부재는 개발되지 않고 있다.
또한, NFC와 WPC 시스템에서의 안테나는 일정한 면적의 코일을 포함하여 구성되어, 마이크로 칩의 동작을 위해 필요한 에너지를 리더로부터 제공받는다. 리더의 1차 코일에서 발생한 교류 전력 에너지에 의해 자기장이 형성되어 안테나의 코일을 관통하여 전류가 유기되고, 안테나의 인덕턴스에 의해 전압이 발생한다. 이와 같이 발생한 전압은 데이터 전송을 위한 전력으로 사용되거나 배터리의 충전에 사용된다. 1차 코일과 2차 코일 간의 전력 전달 효율은 동작 주파수, 2차 코일의 잔면적, 1차와 2차 코일 간의 거리와 각도에 관계되며, 안테나 측에 흐르는 전류의 크기의 제한으로 인하여 동작 거리는 비교적 짧다. 이와 같은 동작 거리의 확보를 위하여, 안테나의 2차 코일 상에는 전자기파의 차폐 기능을 하는 자성층이 형성된다. 상기와 같이 구성되는 안테나 측의 최소 동작 거리를 확보하면서도 제조 비용을 최소화할 수 있는 연자성 기판의 필요성이 높아지고 있다.
본 발명의 실시예 들은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로, 특히 다양한 무선전력송신 방식의 표준에 호환이 가능하면서도, 영구자석을 필요로 하는 전력송신 방식에서 영구자석의 영향을 최소화하면서도 높은 전력전송효율을 구현할 수 있는 자성부재를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 코일 패턴의 상부에 배치되는 연자성층의 중심부에 개구부를 형성하여 연자성층이 차지하는 면적을 줄여 제조 비용을 최소화하면서도, 송신측으로부터 연자성 기판의 인식 거리를 최소 인식 거리 이상으로 구성할 수 있는 연자성 기판부재를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 제1방향의 제1폭(x)과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향의 제2폭(y)을 구비하는 단면과, 상기 단면에서 연장되는 두께(z)를 구비하며, 상기 단면의 면적과 상기 두께(z)의 비율이 1:(0.0002~1)인 자성부재를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1방향의 제1폭(x)과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향의 제2폭(y)을 구비하는 단면과, 상기 단면에서 연장되는 두께(z)를 구비하며, 상기 두께(Z) 방향으로 개구부를 포함하는 연자성층 및 상기 연자성층 상의 코일패턴을 포함하며, 상기 연자성층은 상기 코일 패턴에 대응되는 영역과 상기 코일 패턴에 대응되는 영역으로부터 확장된 영역을 포함하는 자성부재를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 무선전력송신 방식의 표준에 호환이 가능하면서도, 영구자석을 필요로 하는 전력송신 방식에서 영구자석의 영향을 최소화하면서도 높은 전력전송효율을 구현할 수 있는 자성부재를 제공할 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 가장 최근의 무선 전력전송 송·수신체에 탑재되고 있는 영구자석의 영향을 최소화함으로써 Tx-A1(대표적인 영구자석 탑재형 송신체 표준) 및 Tx-A11(대표적인 영구자석 미적용 송신체 표준) 등의 송신체에서도 송·수신체 내부의 영구자석 도입 여부와 상관없이 높은 효율의 무선 전력전송을 실현할 수 있는 장점이 구현된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 자성부재는 무선전력전송의 효과가 탁월한 자성재료를 적용함으로써 무선전력전송 효율을 극대화할 수 있으며, 신규 표준에 상관없는 다양한 자성재료의 적용이 가능하여 휴대폰 등의 소형 개인용 휴대기기를 비롯한 다양한 통신 및 IT기기 및 대형 OLED, HEV/EV 등에서의 확대 적용이 가능한 장점이 구현된다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연자성 기판은 코일 패턴의 상부에 배치되는 연자성층의 중심부에 개구부를 형성하여 연자성층이 차지하는 면적을 줄여 제조 비용을 최소화하면서도, 송신측으로부터 연자성 기판의 인식 거리를 최소 인식 거리 이상으로 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 변형실시예의 구조를 도시한 개념도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실험 데이터를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성부재가 적용되는 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 시스템 또는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 시스템을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은, 도 8에서 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치 또는 수신 장치를 구성하는 자성부재를 도시한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연자성 기판의 단면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 자성부재을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 인식 거리를 설명하기 위한 표이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 인식 거리를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 구조를 도시한 개념도이다.
도시된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성부재(10)는 제1방향의 제1폭(x)과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향의 제2폭(y)을 구비하는 단면과, 상기 단면에서 연장되는 두께(z)를 구비하며, 상기 단면의 면적과 상기 두께(z)의 비율이 1:(0.0002~1)를 충족하는 구조로 형성될 수 있다.
도 1의 구조에서는 가로와 세로를 가지는 직사각형 단면 구조를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1방향과 제2방향의 방향성과 일정한 두께를 가지는 다양한 단일폐곡선의 구조의 단면 형상을 가지는 시트 부재는 모두 본 발명의 범위에 포함된다.
상기 자성부재(10)는 도시된 바와 같이, 제1방향의 길이는 제1폭(x)을 구비하며, 또한 상기 제1폭(x)에 직교하는 제2방향(y)의 길이인 제2폭(y)을 구비하며, 상기 제1폭과 제2폭은 상기 제1폭(x)은 단면의 수평방향의 최장 수평선분, 제2폭(y)은 상기 제1폭에 직교하는 방향의 최장 수직선분으로 정의하며, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1폭 및 제2폭에 의해 구현되는 평면인 단면의 면적 대비 자성부재의 두께의 비율이 1:(0.0002~1)의 범위를 충족하는 것을 특징으로 한다.
(특히, 상기 제1폭(x)은 단면의 수평방향의 최장 수평선분, 제2폭(y)은 상기 제1폭에 직교하는 방향의 최장 수직선분으로 정의하며, 상기 명시된 면적 대비 두께가 갖는 비율을 규정함에 있어 적용된 단위는 mm이며, 이는 단위가 변경될 경우 10a(a는 유리수) 비율로 차이가 나게 되어 수치적인 비율이 달라지므로 적용된 단위를 구분(명시)함으로써, 정해지는 비율을 환산하여 정의하고 비교해야 한다. 또한, 면적(mm2)과 두께(mm)에 대한 단위는 물리적으로 다르므로, 비율을 산정하는 방식에서는 단위를 무시한 수치만을 적용하여 산출된 비율로 정의한다.)
통상의 자성부재를 포함하는 무선전력송신 모듈에서 송신안테나의 센터에 영구자석이 위치하게 되면 수신부의 자성부재가 영향을 받게 되어, 송수신부 코일에 흐르는 전류에 의해 유도되는 자기장에 의한 투자율 저하 현상이 일어나게 된다. 송신부의 연자성 코어는 두께가 수 mm 정도로 두껍고 볼륨이 있으므로 영구자석에 인접한 일정부위의 투자율이 낮아지더라도 영향이 심각하지는 않지만, 두께가 0.1mm ~ 0.3mm정도로 얇은 연자성 시트는 평면 및 수직방향으로 높은 투자율 특성을 보유하게 되므로 인접한 영구자석에 의하여 자화 거동이 공정되어 코일에 의해 형성되는 교류 자기장에 의해 유도되는 현상이 저하되는 현상을 보이게 된다. 그 결과 송신 안테나와 수신 안테나에서의 전자기 에너지 누설을 막아줄 수 없게 되므로 전송효율이 낮아지게 된다. 반면, 상술한 단면의 면적 대비 자성부재의 두께의 비율이 1:(0.0002~1)의 범위를 충족하는 본 발명의 실시예에서는 이러한 투자율 저하 현상이 현저하게 제거되며, 영구자석의 영향을 최소화할 수 있게 된다.
상술한 비율의 범위를 충족하는 경우에는 무선전력송신을 통해 구현되는 전송효율의 향상은 물론, 다양한 전력송신의 표준에 적용되는 영구자석의 존재와는 무관하게 호환적으로 적용이 가능한 호환성이 확보되게 된다. 반면, 상술한 비율 범위를 벗어나는 경우에는 전력송신효율이 현저하게 떨어지며, 영구자석에 의해 영향을 심하게 받아 특정한 표준에는 적용이 될 수 있으나, 다른 표준방식에는 적합하지 않는 특성을 구현하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 자성부재(10)는 그 형상과는 무관하게 상술한 단면의 면적대비 두께의 비율을 충족하는 범위에서 자성체로 구현되는 전체 부피가 103 mm3~1012 mm3를 충족하는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 부피 범위는 상기 자성부재의 단면의 면적대비 두께의 비율을 충족하는 경우에 더하여 무선전력송신의 호환성 및 송신효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력송신 또는 수신 모듈에 적용되는 형태를 개념화하여 예시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성부재는 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이 비적층구조로 단일층으로 구현되며, 상술한 도 1의 실시예의 단면의 면적대비 두께의 비율을 충족하는 범위로 구현되거나, (b)에 도시된 것과 같이 다수의 단위시트(110a~110d)의 적층구조로 구현되어 도 1에서 상술한 단면의 면적대비 두께의 비율을 충족하는 범위를 구현할 수도 있다.
특히, 도 2의 (b)에 도시된 적층구조의 자성부재의 경우에는 각각의 분리형 구조로 별도의 점착제 등의 매개 물질 없이 단순 적층구조로 구현하는 경우에, 영구자석이 존재하는 무선전력송신모듈의 표준 방식에서 영구자석의 영향을 각 분리된 단위시트별로 분산시켜 전송효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있음은 물론, 상기 단위부재의 사이에 접착제, 접착필름 등의 절연층을 배치하여 상술한 영구자석의 영향을 분산하는 효율을 더욱 높일 수도 있다. 이 경우 상기 단위시트의 두께는 18um~200um의 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 적층형의 경우 적층 수는 2~30층의 범위에서 상술한 본 발명의 자성부재의 단위면적대비 두께의 비율 범위를 충족하도록 구현하는 것이 영구자석의 영향에서 벗어날 수 있는 효율측면에서 바람직하다.
도 2의 구조에서 상기 자성부재(10)의 표면에는 커버필름(20A, 20B)가 더 포함되는 구조로 무선충전모듈에 적용될 수 있으며, 이 경우 상기 자성부재(10)의 상면에는 무선전력전송용 코일(20)이 추가로 배치될 수 있다. 도 3은 본 발명의 자성부재의 구조 및 코일(20)의 배치위치 및 커버필름(20A)의 변형 배치 구조를 예시한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 도 1 및 도 2의 자성부재는 Fe, Ni, Co, Mo, Si, Al, B 중 선택되는 원소 중 한 가지 또는 두 가지 이상 원소의 조합으로 이루어지는 금속계 자성 분말과 고분자의 복합재료, 내지는 금속계 자성 리본(Metallic-alloy based magnetic ribbon)으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서 상기 '리본'은 결정질(Crystalline) 내지는 비결정질(Amorphous) 상태인 매우 얇은 “밴드(band)”, “끈” 내지는 “띠” 형태의 금속 합금이 통칭으로 정의한다.
아울러, 본 발명에서 정의하는 '리본'은 원칙적으로는 금속 합금이지만, 외관상의 모양으로 인해 별도의 “Ribbon”이라는 용어를 사용하는 것이며, 상기 리본은 Fe(Co)-Si-B 이 주요 재료로 사용되며, Nb, Cu, Ni 등의 첨가제를 추가하여 다양한 조성으로 제조할 수 있다. 넓은 의미에서의 적용 가능한 재료로는 섬유, 비닐, 플라스틱 및 금속, 합금 등이 사용될 수 있으나, 일상생활에서는 주로 섬유 혹은 비닐 형태로 제조하여 물체를 묶기 위한 용도, 장식을 위한 용도 등으로 많이 사용될 수 있다.
또는, Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Cu, Ca, O 중 선택되는 두 가지 이상 원소의 조합으로 이루어지는 페라이트계 분말과의 고분자의 복합재료 내지는 페라이트 소결체로 이루어질 수 있으며, 형상은 시트 구조로 구현될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 자성부재는 Fe-Si-B 및 MnZn계 페라이트로 구성될 수 있다.
어느 경우이던, 단면의 면적과 상기 두께(z)의 비율이 1:(0.0002~1)의 범위를 충족하며, 더욱 바람직하게는 자성부재의 부피가 103 mm3~1012 mm3를 충족하는 것이 바람직하다.
{실험예 1}
본 실험예 1에서는 Fe-Si-B 재료로 형성한 자성부재 및 MnZn 페라이트 재료로 형성한 자성부재의 두께에 따른 무선전력의 전송효율을 측정하였다. 시트의 두께는 0.1mm ~ 0.3mm의 범위까지 변화를 주었으며, 무선전력송신을 위한 적용안테나는 LF5055ANT를 적용하고 코일의 두께를 0.1mm로 통일하였다. 자성부재의 면적은 50mm×55mm(면적:2750mm2)로 하였으며, 자성부재와 안테나의 간격은 0.03mm, 입력전력은 2.5~3.5W를 입력하였다.(전력송신방식은 Tx-A11, Tx-A1)
자성부재를 위한 재료는 도 4에 도시한 결과는 리본(ribbon)으로 Fe-Si-B를 적용하였으며, 도 5에 도시한 결과는 MnZn 페라이트를 적용한 결과를 도시한 것이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 어느 경우에도 본 발명의 범위를 충족하는 범위에서시트의 두께가 증가되는 경우 전송효율을 65~69%까지 확보할 수 있어, 서로 다른 전송방식에서도 원하는 정도(무선충전을 위해 적합한 전송효율)을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
{실험예 2}
도 6 및 도 7의 실험결과 그래프는, 본 발명의 실시예에 따른 시트의 면적별 전송효율을 측정한 결과를 도시한 것이다.
측정 조건은 Fe-Si-B 재료로 형성한 자성부재 및 MnZn 페라이트 재료로 형성한 자성부재의 면적별 전송효율을 측정하기 위해, 시트의 면적을 1000mm2에서 3000mm2까지 변화시키며 전송효율을 측정하였다.
시트의 두께는 0.1mm 및 0.25mm 두 개의 두께를 각각에 적용하였으며, 무선전력송신을 위한 적용안테나는 50mm×55mm 크기의 Lead Frame LF5055ANT를 적용하고 코일의 두께를 0.1mm로 통일하였다. 자성부재의 면적은 최대크기를 50mm×55mm(면적:2750mm2)로 하였으며, 자성부재와 안테나의 간격은 0.03mm, 입력전력은 2.5~3.5W를 입력하였다.(전력송신방식은 Tx-A11, Tx-A1)
도 6 및 도 7의 결과에서 확인이 가능하듯이, 본 발명의 실시예에 따른 면적범윙서의 전송효율은 전송방식의 차이에도 불구하고 본 발명의 범위를 충족하는 범위에서시트의 두께가 증가되는 경우 전송효율을 62~69% 까지 확보할 수 있어, 서로 다른 전송방식에서도 원하는 정도(무선충전을 위해 적합한 전송효율)을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과를 종합하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성부재는 단면의 면적과 상기 두께의 비율이 1:(0.0002~1)의 범위를 충족하거나, 이에 더하여 자성부재의 부피는 103 mm3~1012 mm3를 충족하는 자성부재를 구현하여 송신부의 영구자석의 탑재 여부와는 상관없이 무선 전력전송의 높은 효율을 기대할 수 있으며, 전송방식의 차이에 따른 호환성의 문제를 일소할 수 있는 장점이 구현되며, 자성재료의 선택에 있어서도 신규 표준에 상관없는 다양한 자성재료를 선택할 수 있게 되는 범용성이 확보될 수 있다. 즉, 면적과 두께를 조절하여 다양한 구조에서 최상의 전송효율의 구현이 가능하며, 다양한 응용분야로의 확대를 기대할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예로서 자성부재의 적용예를 들어 설명하기로 한다. 본 실시예에서 적용되는 자성부재는 전술한 자성부재를 그대로 이용하여 구현할 수 있음은 물론이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성부재가 적용되는 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 시스템 또는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 시스템을 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 무선전력 전송 시스템 또는 근거리 무선 통신 시스템은 송신 장치(200) 및 수신 장치(100)를 포함하여 구성된다. 송신 장치(200)는 송신 코일(210)을 포함하고, 수신 장치(100)는 수신 코일(110)을 포함하여 구성된다. 송신 코일(210)은 전력 소스(201)와 연결되며, 수신 코일(110)은 회로부(101)와 연결된다.
전력 소스(201)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스일 수 있으며, 송신 코일(210)에는 전력 소스(201)로부터 공급받은 전력에 의해 교류 전류가 흐른다.
송신 코일(210)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 수신 코일(110)에도 교류 전류가 유도된다.
수신 코일(110)로 유도된 전류는 회로부(101)로 전달된 후 정류되어 수신 장치(100)가 동작한다.
한편, 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 시스템인 경우에, 상기 송신 장치(200)는 송신 패드(pad)로 구성될 수 있으며, 수신 장치(100)는 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등의 일부 구성으로 구성되거나, 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등은 무선 전력 수신 장치(100)만을 포함하거나, 또 달리 무선 전력 송신 장치(200)와 무선 전력 수신 장치(100)를 모두 포함하도록 설정될 수 있다.
또한, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 시스템의 경우에는, 상기 송신 장치(200)는 리더(Reader)로 구성되고, 상기 수신 장치(100)는 태그(Tag)로 구성될 수 있다.
도 9 및 도 10은, 도 8에서 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치 또는 수신 장치를 구성하는 자성부재를 도시한 개념도이다. 보다 상세하게는 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 자성부재의 상부 평면도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 자성부재의 측단면 개념도이다.
도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 자성부재의 구조에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예에서의 자성부재 역시 제1방향의 제1폭(x)과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향의 제2폭(y)을 구비하는 단면과, 상기 단면에서 연장되는 두께(z)를 구비하는 시트 또는 기판 구조로 구성될 수 있으며, 특히, 본 실시예에서는 상기 두께(Z) 방향으로 개구부를 포함하는 연자성층으로 구성된다.
즉, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자성부재는 수신 코일을 구성하는 코일 패턴(110) 및 연자성층(120)을 포함하여 구성되고, 상기 코일 패턴(110)을 포함하는 보호층(111), 접착층(130) 및 흑색 필름층(127)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 코일 패턴(110)은 코일(coil)로 구성되며, 상기 코일이 3 내지 4 턴(turn)으로 구성될 수 있다.
상기 코일 패턴(110)은 보호층(111) 내에 포함되어 구성될 수 있다.
이때, 상기 코일 패턴(110)의 인덕턴스는 약 3.2 H가 형성될 수 있으며, 코일 패턴(110)은 3 mm의 폭으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 코일 패턴(110)은 도 10에 도시된 형태 이외에도, 다양한 구조의 다각형으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 코일 패턴(110) 상에는 연자성층(120)이 구성되며, 상기 연자성층(120)의 내부에는 개구부(125)가 포함된다.
보다 상세하게 설명하면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 상기 연자성층(120)은 상기 코일 패턴(110)에 대응되는 영역(a) 및 상기 코일 패턴(111)에 대응되는 영역(a)으로부터 확장된 영역(b, c)을 포함하도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 연자성층(120)은 상기 자성부재 상에서 25 내지 50%의 면적을 차지하도록 구성될 수 있다. 즉 상기 개구부를 포함하는 전체 자성부재의 면적 중 상기 연자성층이 25%~50%의 면적을 차지하도록 구현할 수 있다.
또한, 상기 연자성층(120)은 상기 코일 패턴(110)에 대응되는 영역(a)과, 상기 코일 패턴(110)에 대응되는 영역(a)으로부터 5 mm 확장된 영역(b, c)을 포함하도록 배치될 수 있다.
또는 이와는 달리, 상기 연자성층(120)은 상기 코일 패턴(110)에 대응되는 영역(a)으로부터 상기 개구부(125) 측으로 5 mm의 폭(d2, d3)만큼 확장된 영역(c)과, 상기 코일 패턴(110)에 대응되는 영역(a)으로부터 연자성 기판으로부터 1 mm의 폭(d1) 만큼 확장된 영역(b)을 포함하도록 배치될 수 있다.
상기와 같이 연자성층(120)의 중심부에 개구부(125)를 형성하면, 연자성층(120)의 면적으로 줄이면서도, 리더로부터 연자성 기판의 인식 거리를 최소 인식 거리 이상으로 구성할 수 있다.
한편, 상기 연자성층(120)은 일체형 연자성층에 타발을 실시하여 구성하거나, 복수개의 분리된 자성 구조물의 결합구조로 구성할 수 있다. 이를테면, 상기 연자성층(120)을 복수개의 분리된 자성 구조물의 결합구조로 구성하는 경우에는, 직사각형 또는 막대 구조의 분리된 구조물들을 조립하여 구성하거나, 'ㄱ'자 형태의 구조물과 'ㄴ'자 형태의 구조물을 조립하여 구성할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 연자성층(120)은 상기 코일패턴과 상기 연자성층 사이에 배치되는 절연물질층을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 절연물질층은 접착층이나 보호필름 등 절연성을 가지는 물질층으로 구성될 수 있다. 일실시예로서, 상기 코일 패턴(110)은 이를 보호하는 목적의 보호층(111)이 구비될 수 있으며, 상기 보호층(111) 상에 접착층(130)을 매개로 하여 접착될 수 있다. 나아가, 상기 연자성층(120)의 상면 또는 하면에는 보호층(127)이 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 흑색의 필름층을 구성하는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
한편, 상기 연자성층(120)은 50 내지 200의 비투자율을 갖도록 구성될 수 있으며, Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y 및 Cd 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 페라이트(ferrite)로 구성될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 연자성층(120)의 일면과 타면에는 흑색의 필름층을 이용하여 보호층(127)이 배치될 수 있다.
그뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 개구부(125) 내에 제2 연자성층이 배치되어 구성될 수 있다.
상기 제2 연자성층은 상기 연자성층(120)와 상이한 투자율의 물질로 구성될 수 있으며, 상기 연자성층(120)과 마찬가지로 Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y 및 Cd 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 페라이트(ferrite)로 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연자성 기판의 단면도이다.
도 9 및 도 10의 실시예와 마찬가지로, 도 11의 실시예에 따른 연자성 기판은 코일 패턴(110) 및 연자성층(120)을 포함하여 구성되고, 상기 코일 패턴(110)을 포함하는 보호층(111), 접착층(130) 및 흑색의 필름층으로 보호층(127)을 더 포함하여 구성된다.
상기 코일 패턴(110)은 보호층(111) 내에 포함되어 구성될 수 있으며, 상기 코일 패턴(110) 상에는 내부에 개구부(125)를 포함하는 연자성층(120)이 구성된다.
이때, 도 11의 실시예에서는 상기 연자성층(120)이 상기 코일 패턴(110)에 대응되는 영역(a) 상에만 배치되어 구성될 수 있다.
상기와 같이 연자성층(120)의 중심부에 개구부(125)를 형성하면, 연자성층(120)의 면적을 최소화 하면서도, 리더로부터 연자성 기판의 인식 거리를 최소 인식 거리 이상으로 구성할 수 있다.
마찬가지로, 상기와 같이 구성되는 연자성층(120)은 상기 코일 패턴(110)이 포함된 보호층(111) 상에 상기 접착층(130)을 매개로 하여 접착될 수 있으며, 상기 연자성층(120)의 일면과 타면에는 흑색 필름층으로 커버하는 보호층(127)이 배치될 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 자성부재을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 종래 기술에 따른 연자성 기판으로서 연자성층(120)이 연자성 기판의 전면에 형성되는 구조인데 반하여, 도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 연자성을 가지는 자성부재는 개구부(125)를 포함하는 연자성층(120)을 포함하여 구성된다.
보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연자성 기판은 일체형 연자성층에 타발을 실시하여 개구부(125)를 포함하는 연자성층(120)을 구성하거나, 복수개의 분리된 자성 구조물을 결합하여 연자성층(120)을 구성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 인식 거리를 설명하기 위한 표이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 자성부재의 인식 거리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14 및 도 15을 참조하여, 종래 기술에 따른 연자성 기판과 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 자성부재의 크기(Sheet size)를 42 mm × 58 mm로 구성한 경우의 예를 설명하기로 한다.
한편, 도 15의 가로축은 자성부재 상에서의 연자성층이 차지하는 면적의 백분율을 나타내며, 세로축은 리더로부터 인식 가능한 인식 거리를 나타낸다.
종래 기술(600)의 연자성 기판은 코일 패턴 상에 연자성층을 덮는 구조로서, 연자성층에 개구부가 형성되지 않으므로 연자성층의 형성 시에 고가의 페라이트 재료를 많이 필요로 하며, 리더로부터의 인식 거리는 45 mm이다.
본 발명의 제1 실시예(610)의 자성부재는 연자성층(120)이 상기 자성부재의 끝단 측으로 1 mm의 폭(d1)만큼 확장되고, 코일 패턴(110)으로부터 개구부(125) 측으로 2 mm의 폭(d2)와 4 mm의 폭(d3)만큼 확장된 실시예로서, 리더로부터의 인식 거리는 45 mm이며, 연자성층(120)이 상기 자성부재상에서 차지하는 면적의 비율은 49%이다.
또한, 본 발명의 제2 실시예(620)의 자성부재는 연자성층(120)이 연자성 기판의 끝단 측으로 1 mm의 폭(d1)만큼 확장되고, 코일 패턴(110)으로부터 개구부(125) 측으로 1 mm의 폭(d2)와 3 mm의 폭(d3)만큼 확장된 실시예로서, 리더로부터의 인식 거리는 43 mm이며, 연자성층(120)이 상기 자성부재 상에서 차지하는 면적의 비율은 42%이다.
또한, 본 발명의 제3 실시예(630)의 자성부재는 연자성층(120)이 상기 자성부재의 끝단 측으로 폭(d1)이 확장되지 않으며, 코일 패턴(110)으로부터 개구부(125) 측으로 1 mm의 폭(d2)와 3 mm의 폭(d3)만큼 확장된 실시예로서, 리더로부터의 인식 거리는 39 mm이며, 연자성층(120)이 상기 자성부재 상에서 차지하는 면적의 비율은 36%이다.
또한, 본 발명의 제4 실시예(640)의 자성부재는 연자성층(120)이 연자성 기판의 끝단 측으로 폭(d1)이 확장되지 않으며, 코일 패턴(110)으로부터 개구부(125) 제1 측으로 폭이 확장되지 않고, 코일 패턴(110)으로부터 개구부(125) 제2 측으로 2 mm의 폭(d3)만큼 확장된 실시예로서, 리더로부터의 인식 거리는 37 mm이며, 연자성층(120)이 상기 자성부재 상에서 차지하는 면적의 비율은 29%이다.
마지막으로, 본 발명의 제5 실시예(650)의 자성부재는 연자성층(120)이 연자성 기판의 끝단 측으로 폭(d1)이 확장되지 않으며, 코일 패턴(110)으로부터 개구부(125) 제1 측과 제2 측으로도 폭(d2, d3)이 확장되지 않은 실시예로서, 리더로부터의 인식 거리는 29 mm이며, 연자성층(120)이 상기 자성부재 상에서 차지하는 면적의 비율은 26%이다.
단, 본 발명의 제3 내지 제5 실시예(630, 640, 650)에서는 연자성층(120)이 코일 패턴(110)으로부터 확장되지 않는 영역임에도, 코일 패턴(110)이 곡률을 갖는 구조이므로 연자성층(120)이 코일 패턴(110)으로부터 일부 벗어난 부분에 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자성부재는 코일 패턴의 상부에 배치되는 연자성층의 중심부에 개구부를 형성하여 연자성층이 차지하는 면적을 줄이면서도 리더로부터 연자성 기판의 인식 거리를 최소 인식 거리인 25 mm 이상으로 구성할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 제1방향의 제1폭(x)과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향의 제2폭(y)을 구비하는 단면과,
    상기 단면에서 연장되는 두께(z)를 구비하며,
    상기 단면의 면적과 상기 두께(z)의 비율이 1:(0.0002~1)인 자성부재.
    (단, 상기 제1폭(x)은 단면의 수평방향의 최장 수평선분, 제2폭(y)은 상기 제1폭에 직교하는 방향의 최장 수직선분으로 정의한다.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성부재의 부피는 103 mm3~1012 mm3를 충족하는 자성부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성부재는,
    단층시트구조인 자성부재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성부재는,
    적어도 2 이상의 단위시트의 적층구조인 자성부재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 단위시트의 인접부에 절연물질층을 더 포함하는 자성부재.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 단위시트의 두께는 18㎛~200㎛인 자성부재.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 단위시트는,
    Fe, Ni, Co, Mo, Si, Al, B 중 선택되는 원소 중 한 가지 또는 두 가지 이상 원소의 조합으로 이루어지는 금속계 자성 분말과 고분자의 복합재료로 이루어지는 자성부재.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 단위시트는,
    금속계 자성 리본(Metallic-alloy based magnetic ribbon) 인 자성부재.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 단위시트는,
    Fe, Ni, Mn, Zn, Co, Cu, Ca, O 중 선택되는 두 가지 이상 원소의 조합으로 이루어지는 페라이트계 분말과의 고분자의 복합재료 또는 페라이트소결체를 포함하는 자성부재.
  10. 제1방향의 제1폭(x)과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향의 제2폭(y)을 구비하는 단면과,
    상기 단면에서 연장되는 두께(z)를 구비하며, 상기 두께(Z) 방향으로 개구부를 포함하는 연자성층; 및
    상기 연자성층 상의 코일패턴;을 포함하며,
    상기 연자성층은 상기 코일 패턴에 대응되는 영역과 상기 코일 패턴에 대응되는 영역으로부터 확장된 영역을 포함하는 자성부재.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성부재는,
    상기 개구부를 포함하는 전체 자성부재의 면적 중 상기 연자성층이 25%~50%의 면적을 차지하는 자성부재.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연자성층은,
    복수개의 분리된 자성 구조물의 결합구조인 자성부재.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 코일패턴과 상기 연자성층 사이에 배치되는 절연물질층;을 더 포함하는 자성부재.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 절연물질층은,
    적어도 2 이상의 적층구조인 자성부재.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 절연물질층은,
    상기 연자성층의 일면 및 타면을 커버하는 보호층을 포함하는 자성부재.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 연자성층은,
    Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y 및 Cd 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 페라이트(ferrite)로 구성되는 자성부재.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 연자성층은,
    50 내지 200의 비투자율인 자성부재.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 개구부에 배치되는 제2 연자성층;
    을 더 포함하는 자성부재.
  19. 청구항 10에 있어서,
    상기 연자성층과 상기 제2 연자성층은 투자율이 서로 상이한 자성부재.
  20. 청구항 1 또는 청구항 10의 자성부재를 포함하는 무선 전력 전송장치.
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