WO2016190688A1 - 무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리 - Google Patents

무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리 Download PDF

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WO2016190688A1
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wireless power
power transmission
battery
thickness
transmission module
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PCT/KR2016/005596
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French (fr)
Inventor
나원산
한보현
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주식회사 아모센스
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission module and a portable auxiliary battery including the same, and more particularly, to a wireless power transmission module and a portable auxiliary battery including the same can reduce the overall thickness of the wireless power transmission module.
  • the portable terminal is provided with a wireless charging function for wirelessly charging the built-in battery.
  • the wireless charging is provided in a wireless power receiving module built in the portable terminal and a wireless power transmitting module for supplying power to the wireless power receiving module. Is made by
  • the thickness of the wireless power receiving module embedded in the portable terminal is also getting thinner, and even when the overall thickness of the wireless power receiving module needs to be designed to be 2 mm or less.
  • the thickness of the wireless power receiving module is designed to be less than 2mm, there are considerable difficulties in implementing the characteristics required by the wireless charging method. That is, when the antenna unit includes a plurality of antennas that perform different roles, in order to improve the performance of the antenna, the shielding unit also needs to use sheets having different characteristics. Accordingly, there is a limit in reducing the overall thickness of the shielding unit because the shielding unit must be composed of a plurality of sheet layers.
  • the antenna when the antenna is composed of a flat coil, there is a limit in reducing the thickness of the antenna unit because the lead part for electrical connection cannot but overlap on one surface of the flat coil.
  • the total thickness is twice the diameter of the coil, and as a result, the total thickness of the wireless power receiver module is 2 mm or more. Therefore, there is a need for a method of reducing the overall thickness of the wireless power receiving module as part of the wireless power transmission module.
  • a secondary battery is produced and sold as a method for increasing the battery usage time of the portable terminal.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a wireless power transmission module capable of designing the total thickness of the wireless power transmission module to 2 mm or less without reducing the size of the wireless power transmission module. .
  • another object of the present invention is to provide a portable auxiliary battery that can be charged or discharged by using a wireless charging method to easily charge a battery of a portable electronic device or charge its own power.
  • the present invention to solve the above problems is an antenna unit including at least one antenna for wireless power transmission made of a flat coil; And a shielding unit disposed on one surface of the antenna unit to shield a magnetic field, wherein the antenna for wireless power transmission includes: a body in which a conductive member having a predetermined length is wound a plurality of times on the same plane; A first length portion including a first lead portion extending from the center portion of the body to the outside of the body and a first terminal portion provided at an end portion of the first lead portion; And a second length part including a second lead part extending outwardly from a side of the body, and a second terminal part provided at an end of the second lead part, wherein the first lead part is at least a part of the body. And a first part closely disposed to overlap one surface of the first part, wherein the first part provides a wireless power transmission module having a thickness thinner than a thickness of the conductive member not overlapping with the first part of the body.
  • the first portion is arranged in close contact with one surface of the body from the central portion of the body to the outside of the body, the first lead portion is a second portion extending a predetermined length outward from the end of the first portion It may include.
  • the first length portion may have a thickness thinner than the thickness of the conductive member that does not overlap the first portion of the body by pressing only the length corresponding to the first portion.
  • the first length portion is disposed so that the first portion overlaps one surface of the body and simultaneously presses the first portion and the body so that the first portion is larger than the thickness of the conductive member where the first portion does not overlap.
  • Wireless power transmission module having a thin thickness.
  • one surface of the body corresponding to the first portion may be provided with a mounting groove formed in a predetermined depth.
  • the first portion may be formed in an elliptical shape having a long axis and a short axis in cross section.
  • the first portion may be pressed to have a thickness of 60% to 95% with respect to the thickness before pressing.
  • the first portion is pressed to have a thickness of 60% to 95% with respect to the thickness before pressing
  • the conductive member constituting the body corresponding to the region corresponding to the first portion is 60 to the thickness before pressing Pressurized to have a thickness of% to 95%.
  • the shielding unit may be provided with an accommodating portion for disposing the first length portion in an area corresponding to the first length portion.
  • the receiving portion may be a receiving groove recessed in a predetermined depth from one surface of the shielding unit.
  • the receiving portion may be provided with a cutout portion formed to cut a predetermined length inward from the edge of the shielding unit.
  • the antenna unit may further include at least one or more of the MST antenna and NFC antenna.
  • the present invention is a portable secondary battery including at least one battery, the wireless power transmission module described above is provided as a wireless power receiving module to receive the wireless power from the charger to charge the battery, one side of the battery A receiving unit disposed in the; And a transmitter configured to transmit the power stored in the battery to the portable electronic device to charge the main battery of the portable electronic device, wherein the wireless power transmission module is provided as a wireless power transmission module and disposed on the other surface of the battery. can do.
  • the present invention is a portable secondary battery including at least one battery, the wireless power transmission module described above is provided as a wireless power receiving module for receiving the wireless power transmitted from the charger to charge the battery ; And a charging port unit configured to provide power stored in the battery to a portable electronic device through a charging cable.
  • the present invention is a portable secondary battery including at least one battery, the above-described wireless power transmission module is provided as a wireless power transmission module to transmit the power stored in the battery to the portable electronic device side of the portable electronic A transmitter for charging a main battery of the device; And a charging port unit providing power stored in the charger to the battery side through a charging cable.
  • the thickness of the wireless power transmission module is not reduced by having a thickness of the first lead portion overlapping the body of the flat coil having a thickness thinner than that of the conductive member constituting the body without overlapping the first lead portion. Thinning can be achieved without. Because of this, the total thickness of the wireless power transmission module can be designed to a very thin thickness, even 2mm or less.
  • the portable auxiliary battery of the present invention it is possible to easily charge its own battery or the main battery of the portable electronic device through a wireless method.
  • FIG. 1 is a view showing a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is an exploded view of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view showing an antenna unit applied to the present invention
  • FIG. 4 is an enlarged view of a first portion of an antenna unit to which the present invention is applied;
  • FIG. 5 is a view showing another type of antenna unit to be applied to the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing another form of the shielding unit applied to the present invention.
  • FIG. 7 is a view illustrating a form in which a plurality of antennas for wireless power transmission are provided in a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention
  • the antenna unit includes a plurality of antennas performing different roles in the wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a shield unit of the wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing another form of the shielding unit applied to the wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exemplary view illustrating a case in which a shielding unit applied to a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention has a multilayer structure
  • FIG. 12 is a view showing a case in which the wireless power transmission module according to the present invention is applied to the receiver and the transmitter of the portable secondary battery,
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 14 and 15 are views illustrating a case where the wireless power transmission module according to the present invention is applied as a receiver of a portable auxiliary battery;
  • 16 and 17 illustrate a case in which the wireless power transmission module according to the present invention is applied as a transmitter of a portable auxiliary battery.
  • Wireless power transmission module 100 includes an antenna unit and a shield unit 120.
  • the antenna unit may include at least one antenna using a predetermined frequency band, and to perform a predetermined function using the frequency band.
  • Such an antenna unit may include a plurality of antennas performing different roles, and may be fixed to one surface of the shielding unit 120 through an adhesive layer.
  • the antenna unit may be configured to be different from the portion that performs the role of an antenna for generating power for wirelessly charging a battery by transmitting or receiving a wireless power signal.
  • the antenna unit includes at least one wireless power transfer antenna (110a) for transmitting or receiving wireless power, the wireless power transmission antenna in addition to the wireless power transmission antenna (110a). It may further include at least one other antenna (110b, 110c) using a different frequency band than (110a).
  • the other antennas 110b and 110c may be an antenna for magnetic secure transmission (MST) 110b or an antenna for near field communication (NFC) 110c, and the antenna unit may include an antenna for MST 110b and At least one or more of the NFC antenna 110c may be further included (see FIG. 8).
  • MST magnetic secure transmission
  • NFC near field communication
  • the wireless power transmission antenna 110a transmits a wireless power signal to the electronic device to transmit a wireless coil to charge the main battery of the portable electronic device by using an inductive coupling method or a magnetic resonance method based on the electromagnetic induction phenomenon.
  • Tx coil the receiving coil for receiving the wireless power signal transmitted from the external charger to charge the battery of the portable electronic device using an inductive coupling method or a magnetic resonance method based on the electromagnetic induction phenomenon ( Rx coil).
  • the MST antenna 110b and the wireless power transmission antenna 110a may be disposed inside the NFC antenna 110c.
  • the positions of the NFC antenna 110c, the MST antenna 110b, and the wireless power transmission antenna 110a are not limited thereto, and the arrangement relationship may be appropriately changed according to design conditions. .
  • the antenna unit when the antenna unit is applied to a wireless power transmission module, the antenna unit may be arranged in a form in which three wireless power transmission antennas 110a are stacked on one surface of the shielding unit 120 (see FIG. 7). .
  • the wireless power transmission antenna 110a applied to the present invention may be configured as a flat coil, and may include a body 111, a first length part 112, and a second length part 113. .
  • the body 111 may have a shape in which a conductive member having a predetermined length is wound a plurality of times on the same plane, and the conductive member is wound in a clockwise or counterclockwise direction such as a circular, elliptical, spiral, or square shape. It may be formed in a polygonal shape.
  • the conductive member may be a metal having conductivity such as copper, the conductive member may be formed of one strand having a predetermined thickness, and a plurality of strands may be formed twisted along the longitudinal direction.
  • the first length part 112 and the second length part 113 may extend from the body 111 to a predetermined length, respectively.
  • the first length part 112 is provided at the end of the first lead portion 114 and the first lead portion 114 protruding from the center of the body 111 to the outside of the body 111.
  • the first terminal portion 115 may be included, and at least a part of the entire length of the first lead portion 114 may be disposed to overlap one surface of the body 111.
  • the first terminal portion 115 may be formed separately from the end of the first lead portion 114, or may be part of the first lead portion 114.
  • At least a part of the first lead part 114 may be closely arranged so as to overlap from the center of the body 111 to the outside of the body 111.
  • the first lead portion 114 is a first portion 116 closely disposed so as to overlap one surface of the body 111 across the body 111 at the central portion of the body 111, and It may include a second portion 117 extending a predetermined length outward from the end of the first portion 116.
  • the first length part 112 may be pressed to have a thin thickness and may be in close contact with the body 111. Accordingly, the pressed thickness of the first portion 116 may have a thickness thinner than the thickness of the conductive member constituting the body 111.
  • the wireless power transmission antenna 110a may press only the first portion 116 separately (see FIG. 4), but the first portion 116 may be disposed on one surface of the body 111. After being disposed to overlap, the first portion 116 and the body 111 may be simultaneously pressed (see FIG. 5). Accordingly, the mounting groove 118 may be recessed in a predetermined depth in a region corresponding to the first portion 116 on one surface of the body 111 in which the first portion 116 is disposed. Thus, the overall thickness of the wireless power transmission antenna 110a can be further reduced.
  • the first portion 116 may be pressed to have an elliptical cross section having a long axis and a short axis. This is to reduce the possibility of being damaged by the external force applied when pressing while reducing the overall thickness.
  • the first portion 116 and the body 111 formed of a conductive member having a predetermined wire diameter should not be damaged to smoothly transmit or receive a wireless power signal even if the thickness is reduced by pressing.
  • a portion of the body 111 in which the first portion 116 and the first portion 116 are disposed overlaps needs to be pressed within a range that does not cause damage to the conductive member.
  • the thickness of the first portion 116 may be pressed to have a thickness of 60% to 95% of the thickness before being pressed. have.
  • the thickness of the first portion 116 even when a portion of the body 111 overlapping the first portion 116 and the first portion 116 is simultaneously pressed. May be pressed to have a thickness of 60% to 95% of the thickness before being pressed, and before the thickness of the conductive member constituting the body 111 corresponding to the region corresponding to the first portion 116 is also pressed. Pressurized to have a thickness of 60% to 95% by weight.
  • the thickness after pressurization is less than 60% of the thickness of the raw material, the coating on the surface of the conductive member may be damaged, causing insulation problems, and the thickness after pressurization is 95% greater than the thickness before pressurization. It is because the effect of thickness reduction can be reduced when it exceeds the thickness of.
  • the thickness of the first portion 116 may be pressed to have a thickness of 0.69 mm to 1 mm.
  • the thickness of the body 111 corresponding to the region corresponding to the first portion 116 may also be pressed to have a thickness of 0.69 mm to 1 mm.
  • the entire thickness of the body 111 in which the first portion 116 and the first portion 116 overlap may have a thickness of 1.4 mm to 2 mm, and the shielding sheet 120 and wireless power transmission.
  • the total thickness of the wireless power transmission module 100 in which the thickness of the antenna 110a is added may be 2 mm or less, for example, 1.7 mm.
  • the thickness of the first length part 112 may be accommodated in part or the entire thickness through the receiving parts (123, 124) formed in the shielding unit (120). Detailed description of the receiving portion (123, 124) will be described later.
  • the wireless power transmission module 100 can reduce the thickness of 0.8mm to 1mm compared to the conventional, it is possible to implement a very thin thickness.
  • the measurement equipment used HIOKI IM3523 RLC Meter, the measurement frequency was measured at 100kHz.
  • Comparative Example 1 is a characteristic of a state in which the conductive member having a thickness of 2.1 is not pressed
  • Comparative Example 2 is a characteristic of a state in which a conductive member having a thickness of 2.11 is not pressed
  • Examples 1 to 4 are conductive having a raw thickness of 2.1. It is a characteristic of the state which pressed the member and reduced thickness.
  • Example 3 and Example 4 when the conductive member having a thickness of 2.1 mm is pressed to have a thickness of less than 60% of the thickness, Rs and Rdc is 1.5 times to 2 compared with Comparative Examples 1 and 2 Ascending close to the ship, it can be seen that Q is 70 or less. That is, according to the measurement results of Examples 3 and 4, it can be confirmed that when the conductive member is pressed to have a thickness of less than 60% with respect to the original thickness, damage occurs and normal operation cannot be performed.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is a case of implementing the wireless power transmission antenna 110a without pressing the conductive members of the thickness 2.1 and 2.11, the thickness of the first embodiment and the second embodiment 2.1 It is a result of measuring the charging efficiency in a state in which the antenna for the wireless power transmission using the conductive member and pressurized so that the thickness of the first portion has a thickness of 60.5% and 61.9% with respect to the original thickness, respectively.
  • the wireless power transmission antenna 110a even if the first portion 116 of the wireless power transmission antenna 110a is pressed to have a thickness of 60% to 95% with respect to the thickness before being pressed, the wireless power can be smoothly performed.
  • the overall thickness of the antenna 110a for transmission may be reduced, and thus the overall thickness of the wireless power transmission module 100 may be reduced.
  • the shielding unit 120 disposed on one surface of the antenna unit is a receiving portion (123, 124) for accommodating a part or the entire thickness of the first length portion 112 in a region corresponding to the first length portion (112) ) May be formed.
  • the receiving portion may be a receiving groove 123 recessed to a predetermined depth from one surface of the shielding unit 120 (see FIG. 2), and is formed in a predetermined length cut inward from the edge of the shielding unit 120 It may be an incision 124 (see FIG. 6).
  • the receiving groove 123 or the cutout 124 may accommodate only the second portion 117 of the first length portion 112, the first portion 116 together with the second portion 117. This may be accommodated, it may be a form in which a part or the entire thickness of the body 111 is accommodated.
  • the second length part 113 may include a second lead part 119 protruding outward from a side of the body 111 and a second terminal part 119a provided at an end of the second lead part 119. It may include.
  • the second terminal portion 119a may be separately formed at an end portion of the second lead portion 119 or may be part of the second lead portion 119.
  • the first terminal 115 of the first length part 112 and the second terminal part 119a of the second length part 113 may serve as input and output terminals of power supplied from the outside. .
  • the shielding unit 120 may increase the performance of the antenna operating in a predetermined frequency band by shielding the magnetic field generated by the antenna unit to increase the speed of magnetic field collection.
  • the shielding unit 120 is formed of a plate-like member 121 having a predetermined area, it may be made of a material having a magnetic so as to shield the magnetic field generated in the antenna unit.
  • the shielding unit is provided with a sheet having different characteristics so as to increase the performance of the antenna when the antenna unit includes a plurality of antennas (110a, 110b, 110c) performing different roles, respectively. Can be.
  • the shielding unit 120 ', 120 may include a first sheet 125 and a second sheet 126 having different permeability, the first sheet 125 is 100 ⁇ 350kHz or 6.78 It may have a relatively higher permeability than the second sheet 126 at MHz.
  • first sheet 125 and the second sheet 126 may be configured in a frame shape to reduce the overall thickness (see FIG. 9), or the first sheet 125 on one surface of the second sheet 126. May be stacked (see FIG. 10).
  • the first sheet 125 is for improving the performance of the antenna for wireless power transmission (110a)
  • the second sheet 126 is for improving the performance of the antenna for NFC (110a).
  • the first sheet 125 may be a ribbon sheet including at least one or more of an amorphous alloy and a nanocrystalline alloy
  • the second sheet 126 may be a ferrite sheet.
  • the amorphous alloy or nanocrystalline alloy may be used Fe-based or Co-based magnetic alloy.
  • the amorphous alloy and the nanocrystalline alloy may include a three-element alloy or a five-element alloy, for example, the three-element alloy includes Fe, Si and B, the five-element alloy is Fe, Si, It may include B, Cu and Nb.
  • the ferrite sheet may be made of a sintered ferrite sheet, and may include at least one of Mn-Zn ferrite and Ni-Zn ferrite.
  • the first sheet 125 may be formed in a multilayer as shown in FIG. 11.
  • the first sheet 125 may be a ribbon sheet 125a including at least one of an amorphous alloy and a nanocrystalline alloy may be stacked in multiple layers via the adhesive layer 125b.
  • first sheet 125 and the second sheet 126 may be separated into a plurality of fine pieces, and the plurality of fine pieces may be entirely insulated or partially insulated from neighboring fine pieces. It may be provided to be. At this time, the plurality of fine pieces may be provided with a size of 1 ⁇ m ⁇ 3mm, each piece may be made irregularly random. This is to separate the sheet to increase the overall resistance to suppress the generation of eddy current or to improve the flexibility of the sheet itself.
  • the shielding unit 120 when the shielding unit 120 is formed by stacking a plurality of sheets separated into fine pieces in a multi-layer, an adhesive layer including a non-conductive component is disposed between each sheet so as to permeate between a pair of sheets stacked on each other.
  • the adhesive layer may serve to insulate the plurality of fine pieces of each sheet from each other.
  • the adhesive layer may be provided with an adhesive or may be provided with an adhesive applied to one or both sides of the film-shaped substrate.
  • separate protective films 127 may be disposed on the upper and lower surfaces of the shielding unit 120 to be attached via an adhesive layer.
  • the wireless power transmission module 100 according to the present invention described above may be applied to the Qi scheme, may be applied to the wireless charging of the PMA scheme, it may be applied to the A4WP scheme using magnetic resonance.
  • the wireless power transmission module 100 according to the present invention is also found to be provided in the form attached to the back cover or rear case of a portable electronic device such as a portable terminal.
  • the antenna unit to be applied to the present invention includes other antennas such as MST antenna and NFC antenna in addition to the antenna for wireless power transmission 110a and the other antenna is configured in the form of a flat coil, the other antenna is also described above. Note that it can be implemented in the same structure as the antenna for power transmission.
  • the other antenna may be provided with a copper foil or a conductive metal pattern printed on one surface of the circuit board.
  • the wireless power transmission module 100 may be used as a wireless power transmission module for transmitting wireless power, or may be used as a wireless power reception module for receiving wireless power transmitted from the wireless power transmission module. It can be applied to a variety of portable secondary batteries.
  • the wireless power transmission module 100 may be applied to the portable secondary battery 200 including at least one battery 210 (see FIGS. 12 and 13).
  • the portable secondary battery 200 may include a battery 210, a receiver 220, and a transmitter 230, and the receiver 220 is disposed on one surface of the battery 210 and the transmitter (at the other side).
  • 230 may be disposed, and the battery 210, the receiver 220, and the transmitter 230 may be built in the case, respectively.
  • the battery 210 serves to provide power for charging the main battery (not shown) of the portable electronic device to be charged, and the receiver 220 charges the power of the battery 210.
  • the transmitter 230 charges a main battery (not shown) of the portable electronic device.
  • the receiver 220 may be implemented by the above-mentioned wireless power transmission module 100 as a wireless power receiving module
  • the transmitter 230 is implemented by the above-mentioned wireless power transmission module 100 as a wireless power transmission module.
  • the receiver 220 may charge the battery 210 by generating power by receiving a wireless power signal provided from an external charger, and the transmitter 230 may store power stored in the battery 210.
  • the receiver 220 may charge the battery 210 by generating power by receiving a wireless power signal provided from an external charger, and the transmitter 230 may store power stored in the battery 210.
  • the transmitter 230 may store power stored in the battery 210.
  • the portable auxiliary battery 200 may charge itself with the power of the built-in battery 210 or charge the main battery of the portable electronic device by using a wireless method.
  • the wireless power transmission module 100 according to the present invention may be applied to the portable secondary batteries 300 and 400 having a mixed type of a wireless method and a wired method as shown in FIGS. 14 to 17.
  • the portable auxiliary battery 300 may include a battery 310, a receiver 320, and a charging port unit 340 (see FIGS. 15 and 16).
  • the battery 310 serves to provide power to the main battery (not shown) of the portable electronic device 10 by being connected to the portable electronic device to be charged through the charging port unit 340 in a wired manner.
  • the receiver 320 performs a role of charging the power of the battery 310 by producing power by receiving wireless power from an external charger using a wireless method.
  • the receiver 320 may be embedded in the case together with the battery 310, and a charging port unit 340 electrically connected to the battery 310 may be formed at one side of the case.
  • the receiver 320 may be implemented as a wireless power receiving module for the wireless power transmission module 100 to receive the wireless power.
  • the power of the battery 310 is generated by receiving the wireless power transmitted from the external charger 20 through the receiver 320 to produce power.
  • the portable electronic device 10 is electrically connected to the charging port unit 340 by using a power source of the battery 310.
  • the main battery of the electronic device 10 may be charged.
  • the portable auxiliary battery 400 may be charged in a wired manner, and the main battery of the portable electronic device to be charged may be charged in a wireless manner. It may be implemented in the form.
  • the portable auxiliary battery 400 may include a battery 410, a transmitter 430, and a charging port unit 440.
  • the transmitter 430 may be embedded in a case together with the battery 410, and a charging port unit 440 electrically connected to the battery 410 may be formed at one side of the case.
  • the transmitter 430 may be implemented as a wireless power transmission module for transmitting the wireless power by the wireless power transmission module 100 described above.
  • the wireless power is transmitted to the portable electronic device 10 through the transmitter 430 using the power stored in the battery 410.
  • the main battery of the portable electronic device is charged (see FIG. 16), and when the battery 410 is to be charged, the external charger 20 is electrically connected to the charging port unit 440 by the external charger 20. ) May be used to charge the battery 410 (see FIG. 17).
  • the portable auxiliary batteries 300 and 400 may be charged in a different manner from the method of charging the built-in batteries 310 and 410 and the charging method of the main battery of the portable electronic device 10.
  • the main battery of the portable electronic device 10 may be charged at the same time.
  • the user is required to charge the main battery of the portable electronic device in a state in which the power stored in the batteries 310 and 410 is insufficient or completely discharged.
  • the main battery of the portable electronic device may be charged using the power provided from the battery 310 through a method different from the charging method of the batteries 310 and 410.
  • the wireless power transmission module 100 is embedded in the accessory, such as a protective case of the portable terminal with a battery to serve as a wireless power transmission module for transmitting the power stored in the battery to the wireless power accessories form It can also be implemented as a secondary battery.

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Abstract

무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 무선 충전모듈은 평판형 코일로 이루어지고, 적어도 하나의 무선전력 전송용 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛;을 포함하고, 상기 평판형 코일은, 일정 길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선된 몸체; 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체를 가로질러 연장되는 제1리드부와, 상기 제1리드부의 단부에 구비되는 제1단자부를 포함하는 제1길이부; 및 상기 몸체의 측부로부터 외측으로 돌출되는 제2 리드부와, 상기 제2 리드부의 단부에 구비되는 제2단자부를 포함하는 제2길이부;를 포함하되, 상기 제1리드부는 적어도 일부가 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되는 제1부분을 포함하며, 상기 제1부분의 두께는 상기 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

Description

무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리
본 발명은 무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선전력 전송모듈의 전체두께를 줄일 수 있는 무선전력 전송모듈 및 이를 포함하는 휴대용 보조배터리에 관한 것이다.
휴대 단말기는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈과, 상기 무선전력 수신모듈에 전력을 공급하는 무선전력 송신모듈에 의해 이루어진다.
한편, 최근 휴대 단말기는 경박단소형화됨에 따라 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈의 두께 역시 얇아지고 있으며, 심지어 무선전력 수신모듈의 전체두께를 2mm 이하로 설계해야 하는 경우도 발생한다.
그러나, 무선전력 수신모듈의 두께를 2mm 이하로 설계하는 경우 무선 충전 방식에서 요구하는 특성을 구현하는데 상당한 어려움이 따르고 있다. 즉, 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 여러 개의 안테나를 포함하는 경우 해당 안테나의 성능을 향상시키기 위해서는 차폐유닛 역시 서로 다른 특성을 갖는 시트를 사용할 필요가 있다. 이에 따라, 차폐유닛이 복수 개의 시트층으로 구성될 수밖에 없어 차폐유닛의 전체적인 두께를 줄이는 데는 한계가 있었다.
결과적으로, 무선전력 수신모듈의 두께를 2mm 이하로 줄이기 위해서는 차폐유닛의 두께 이외에 안테나유닛의 두께를 줄일 필요가 있다.
그러나, 안테나가 평판형 코일로 구성되는 경우 전기적인 연결을 위한 리드부가 평판형코일의 일면 상으로 중첩될 수밖에 없기 때문에 안테나유닛의 두께를 줄이는데 한계가 있다.
즉, 안테나가 평판형 코일로 구성되는 경우 평판형 코일의 몸체와 리드부가 서로 중첩됨에 따라 전체두께는 코일 선경의 두 배가 되며, 결과적으로 무선전력 수신모듈의 총 두께는 2mm 이상을 갖게 된다. 따라서, 무선전력 전송모듈의 일환인 무선전력 수신모듈의 전체두께를 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다.
한편, 휴대 단말기의 전력 사용량이 증가함에 따라 휴대 단말기의 배터리 사용 시간을 증가시키기 위한 방법으로 보조배터리가 생산되어 판매되고 있다.
그러나, 대부분의 휴대용 보조배터리는 별도의 충전케이블을 이용하여 휴대용 단말기의 배터리를 충전하거나 자체 전원을 충전시키는 방법을 사용하기 때문에 별도의 충전케이블을 항상 휴대해야 하는 번거로움이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 무선전력 전송모듈의 사이즈를 줄이지 않으면서도 무선전력 전송모듈의 전체두께를 2mm 이하로 설계할 수 있는 무선전력 전송모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전 방식을 이용하여 충전 또는 방전을 수행할 수 있음으로써 간편하게 휴대용 전자기기의 배터리를 충전하거나 자체 전원을 충전할 수 있는 휴대용 보조배터리를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 평판형 코일로 이루어진 적어도 하나의 무선전력 전송용 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛;을 포함하고, 상기 무선전력 전송용 안테나는, 일정 길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선된 몸체; 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측으로 연장되는 제1리드부와, 상기 제1리드부의 단부에 구비되는 제1단자부를 포함하는 제1길이부; 및 상기 몸체의 측부로부터 외측으로 연장되는 제2 리드부와, 상기 제2 리드부의 단부에 구비되는 제2단자부를 포함하는 제2길이부;를 포함하되, 상기 제1리드부는 적어도 일부가 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되는 제1부분을 포함하며, 상기 제1부분은 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖는 무선전력 전송모듈을 제공한다.
또한, 상기 제1부분은 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측까지 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되고, 상기 제1리드부는 상기 제1부분의 단부로부터 외측으로 일정길이 연장되는 제2부분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1길이부는 상기 제1부분에 해당하는 길이만을 가압하여 상기 제1부분이 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1길이부는 상기 몸체의 일면에 상기 제1부분이 중첩되도록 배치된 후 상기 제1부분 및 몸체를 동시에 가압하여 상기 제1부분이 상기 제 1 부분이 중첩되지 않은 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖는 무선전력 전송모듈.
또한, 상기 제1부분과 대응되는 몸체의 일면에는 일정깊이 함몰형성되는 안착홈이 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1부분은 단면이 장축과 단축을 갖는 타원형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95% 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
또한, 상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압되고, 상기 제1부분과 대응되는 영역에 해당하는 몸체를 구성하는 도전성부재는 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
또한, 상기 차폐유닛은 상기 제1길이부와 대응되는 영역에 상기 제1길이부를 배치하기 위한 수용부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 수용부는 상기 차폐유닛의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈일 수 있다.
또한, 상기 수용부는 상기 차폐유닛의 테두리로부터 내측으로 일정길이 절개형성되는 절개부로 구비될 수 있다.
또한, 상기 안테나유닛은 MST 안테나 및 NFC 안테나 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리로서, 충전기기로부터 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있도록 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 상기 배터리의 일면에 배치되는 수신부; 및 상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시킬 수 있도록 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리의 타면에 배치되는 송신부;를 포함할 수 있다.
다른 실시예로써, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리로서, 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 충전기기로부터 송출되는 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 수신부; 및 상기 배터리에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 휴대용 전자기기 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로써, 본 발명은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리로서, 상술한 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시키는 송신부; 및 충전기기에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 상기 배터리 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 평판형 코일의 몸체와 중첩되는 제1리드부 두께를 제 1 리드부와 중첩되지 않으면서 몸체를 구성하는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖도록 함으로써 무선전력 전송모듈의 사이즈를 줄이지 않으면서도 박형화를 구현할 수 있다. 이로 인해, 무선전력 전송모듈의 총 두께를 매우 얇은 두께, 심지어 2mm 이하로 설계할 수 있다.
또한, 본 발명의 휴대용 보조배터리에 의하면, 무선방식을 통하여 간편하게 자체 배터리를 충전하거나 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 분해도,
도 3은 본 발명에 적용되는 안테나유닛을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 적용되는 안테나유닛에서 제1부분을 확대한 도면,
도 5는 본 발명에 적용되는 다른 형태의 안테나유닛을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 적용되는 차폐유닛의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에서 무선전력 전송용 안테나가 복수 개로 구비되는 형태를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에서 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나를 포함하는 경우를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈의 차폐유닛의 일 예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에 적용되는 차폐유닛의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈에 적용되는 차폐유닛이 다층으로 구성되는 경우를 나타낸 예시도,
도 12는 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조배터리의 수신부와 송신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면,
도 13은 도 12의 단면도,
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조 배터리의 수신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면, 그리고,
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대용 보조 배터리의 송신부로 적용되는 경우를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나유닛 및 차폐유닛(120)을 포함한다.
상기 안테나유닛은 소정의 주파수 대역을 사용하는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 주파수 대역을 이용하여 소정의 기능을 수행하기 위한 것이다.
이와 같은 안테나유닛은 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 차폐유닛(120)의 일면에 접착층을 매개로 고정될 수 있다.
이러한 안테나유닛은 무선전력 신호를 송신하거나 수신하여 배터리를 무선방식으로 충전하기 위한 전력을 생산하는 안테나의 역할을 수행하는 부분과 다른 부분이 같이 구성될 수 있다.
즉, 상기 안테나유닛은 무선 전력을 송신하거나 수신하기 위한 적어도 하나의 무선전력 전송(wireless power transfer)용 안테나(110a)를 포함하며, 상기 무선전력 전송용 안테나(110a) 이외에 상기 무선전력 전송용 안테나(110a)와 다른 주파수 대역을 사용하는 적어도 하나의 다른 안테나(110b,110c)를 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 다른 안테나(110b,110c)는 MST(Magnetic Secure Transmission)용 안테나(110b) 또는 NFC(Near Field Communicatino)용 안테나(110c)일 수 있으며, 상기 안테나유닛은 MST용 안테나(110b) 및 NFC 안테나(110c) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다(도 8 참조).
여기서, 상기 무선전력 전송용 안테나(110a)는 무선 전력 신호를 전자기기 측으로 송출하여 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식 또는 자기 공진 방식을 이용하여 휴대용 전자기기의 메인배터리를 무선 방식으로 충전하는 송신 코일(Tx coil)의 역할을 수행할 수 있고, 외부 충전기기에서 송출하는 무선 전력 신호를 수신하여 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식 또는 자기 공진 방식을 이용하여 휴대용 전자기기의 배터리를 충전하는 수신 코일(Rx coil)의 역할을 수행할 수 있다.
더불어, 상기 NFC용 안테나(110c)의 내측에 MST용 안테나(110b) 및 무선전력 전송용 안테나(110a)가 배치될 수 있다.
그러나, 상기 NFC용 안테나(110c), MST용 안테나(110b) 및 무선전력 전송용 안테나(110a)의 위치를 이에 한정하는 것은 아니며, 설계조건에 따라 배치관계는 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상기 안테나유닛이 무선전력 송신모듈에 적용되는 경우 상기 안테나유닛은 3개의 무선전력 전송용 안테나(110a)가 차폐유닛(120)의 일면에 적층된 형태로 배치될 수도 있다(도 7 참조).
이때, 본 발명에 적용되는 무선전력 전송용 안테나(110a)는 평판형 코일로 구성될 수 있으며, 몸체(111), 제1길이부(112) 및 제2길이부(113)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(111)는 일정길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선되는 형태일 수 있으며, 상기 도전성부재가 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되어 원형, 타원형, 나선형, 또는 사각형상과 같은 다각형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 도전성부재는 구리와 같은 도전성을 갖는 금속일 수 있으며, 상기 도전성부재는 소정의 두께를 갖는 한 가닥으로 이루어질 수 있고, 복수 개의 가닥이 길이방향을 따라 꼬인 형태로 이루어질 수도 있다.
상기 제1길이부(112) 및 제2길이부(113)는 상기 몸체(111)로부터 소정의 길이로 각각 연장될 수 있다.
즉, 상기 제1길이부(112)는 상기 몸체(111)의 중앙부에서 상기 몸체(111)의 외측으로 돌출되는 제1리드부(114)와, 상기 제1리드부(114)의 단부에 구비되는 제1단자부(115)를 포함할 수 있으며, 상기 제1리드부(114)의 전체길이 중 적어도 일부는 상기 몸체(111)의 일면에 중첩되도록 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1단자부(115)는 상기 제1리드부(114)의 단부에 별도로 형성될 수도 있고, 상기 제1리드부(114)의 일부일 수도 있다.
이때, 상기 제1리드부(114)의 적어도 일부는 상기 몸체(111)의 중앙부에서 몸체(111)의 외측까지 중첩되도록 밀착 배치될 수 있다.
상세하게는 상기 제1리드부(114)는 상기 몸체(111)의 중앙부에서 상기 몸체(111)를 가로질러 상기 몸체(111)의 일면에 중첩되도록 밀착 배치되는 제1부분(116)과, 상기 제1부분(116)의 단부로부터 외측으로 일정길이 연장되는 제2부분(117)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1길이부(112)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1부분(116)이 얇은 두께를 갖도록 가압되어 상기 몸체(111)와 밀착될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1부분(116)의 가압된 두께는 상기 몸체(111)를 구성하는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 무선전력 전송용 안테나(110a)는 상기 제1부분(116)만을 별도로 가압할 수도 있지만(도 4 참조), 상기 몸체(111)의 일면에 상기 제1부분(116)이 중첩되도록 배치된 후 상기 제1부분(116) 및 몸체(111)를 동시에 가압할 수도 있다(도 5 참조). 이에 따라, 상기 제1부분(116)이 배치되는 몸체(111)의 일면에는 제1부분(116)과 대응되는 영역에 상기 안착홈(118)이 일정깊이 함몰형성될 수 있다. 이로 인해, 무선전력 전송용 안테나(110a)의 전체두께를 더욱 줄일 수 있다.
이때, 상기 제1부분(116)은 단면이 장축과 단축을 갖는 타원형을 갖도록 가압될 수 있다. 이는, 전체적인 두께를 줄이면서도 가압시 가해지는 외력에 의해 파손될 수 있는 가능성을 줄일 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 소정의 선경을 갖는 도전성부재로 형성되는 제1부분(116) 및 몸체(111)는 가압에 의하여 두께가 감소하더라도 무선 전력 신호를 원활하게 송신하거나 수신할 수 있도록 손상이 발생되지 않아야 한다.
즉, 상기 제1부분(116) 및 제1부분(116)이 중첩배치되는 몸체(111)의 일부는 도전성부재의 손상을 발생시키지 않는 범위 내에서 가압될 필요가 있다.
이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1부분(116)만을 가압하는 경우에는 상기 제1부분(116)의 두께는 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
다른 예로써, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1부분(116) 및 상기 제1부분(116)이 중첩되는 몸체(111)의 일부가 동시에 가압되는 경우에도 상기 제1부분(116)의 두께는 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있으며, 상기 제1부분(116)과 대응되는 영역에 해당하는 몸체(111)를 구성하는 도전성부재의 두께 역시 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
이는, 가압 후의 두께가 원두께 비하여 60% 미만의 두께로 가압되는 경우에는 도전성부재의 표면에 코팅된 피복의 손상이 발생하여 절연의 문제가 발생할 수 있고, 가압 후의 두께가 가압 전의 두께보다 95%의 두께를 초과하는 경우에는 박형화의 효과가 저감될 수 있기 때문이다.
구체적으로, 선경이 1.15mm인 도전성부재를 사용하여 평판형 코일 형태의 무선전력 전송용 안테나(110a)를 구현하는 경우 상기 제1부분(116)의 두께는 0.69mm 내지 1mm의 두께를 갖도록 가압될 수 있으며, 상기 제1부분(116)과 대응되는 영역에 해당하는 몸체(111)의 두께 역시 0.69mm 내지 1mm의 두께를 갖도록 가압될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1부분(116)과 상기 제1부분(116)이 중첩되는 몸체(111)의 전체두께는 1.4mm 내지 2mm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 차폐시트(120) 및 무선전력 전송용 안테나(110a)의 두께를 합한 무선전력 전송모듈(100)의 전체두께는 2mm이하일 수 있으며, 일례로써 1.7mm일 수 있다.
여기서, 상기 제1길이부(112)의 두께는 차폐유닛(120)에 형성되는 수용부(123,124)를 통하여 일부 또는 전체두께가 수용될 수 있다. 상기 수용부(123,124)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
이로 인해, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 종래에 비하여 0.8mm 내지 1mm의 두께를 줄일 수 있으므로 매우 얇은 두께로의 구현이 가능하게 된다.
USTC 0.08φ*105 가닥 17AWG의 도전성부재를 사용하여 가압전 후의 특성변화를 측정한 결과는 하기의 표1과 같다.
이때, 측정 장비는 HIOKI IM3523 RLC Meter를 사용하였고, 측정 주파수는 100kHz에서 측정하였다.
Figure PCTKR2016005596-appb-T000001
비교예 1은 두께가 2.1인 도전성부재를 가압하지 않은 상태의 특성이고, 비교예 2는 두께가 2.11인 도전성부재를 가압하지 않은 상태의 특성이며, 실시예 1 내지 4는 원두께가 2.1인 도전성부재를 가압하여 두께를 감소시킨 상태의 특성이다.
표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 원두께가 2.1mm인 도전성부재를 원두께에 대하여 60.5% 또는 61.9%의 두께를 갖도록 가압하더라도 Ls(코일 인덕턴스), Rs(주파수 저항), Rdc(DC 저항) 및 Q가 비교예 1 및 2와 유사한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
반면, 실시예 3 및 실시예 4의 경우 원두께가 2.1mm인 도전성부재를 원두께에 대하여 60% 미만의 두께를 갖도록 가압하는 경우에는 Rs 및 Rdc가 비교예 1 및 2에 비하여 1.5배 내지 2배 가까이 상승하고, Q는 70 이하임을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 3 및 실시예 4의 측정 결과에 따르면, 도전성부재를 원두께에 대하여 60% 미만의 두께를 갖도록 가압하게 되면 손상이 발생되어 정상 작동할 수 없음을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송용 안테나(110a)를 사용하여 무선전력 전송모듈(100)을 구현하는 경우 충전효율을 측정한 결과는 하기의 표 2와 같다.
이때, 파워 서플라이(power supply)는 Aglient E3634A를 사용하였고, 로드(load)는 PRODIGIT 3341G를 사용하였으며, 그 결과는 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
여기서, 비교예 1 및 비교예2는 두께가 2.1 및 2.11인 도전성부재를 가압하지 않은 상태로 무선전력 전송용 안테나(110a)로 구현한 경우이고, 실시예 1 및 실시예 2는 원두께가 2.1인 도전성부재를 사용하여 무선전력 전송용 안테나를 구현하고 제1부분의 두께가 원두께에 대하여 각각 60.5% 및 61.9%의 두께를 갖도록 가압한 상태에서의 충전효율을 측정한 결과이다.
Figure PCTKR2016005596-appb-T000002
Figure PCTKR2016005596-appb-T000003
위의 표 2 및 표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 효율은 비교예 1 및 2과 유사한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
결과적으로, 상기 무선전력 전송용 안테나(110a)의 제1부분(116)이 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압하더라도 안테나로서의 기능을 원활하게 수행할 수 있음으로써 무선전력 전송용 안테나(110a)의 전체두께를 줄일 수 있고, 이를 통해 무선전력 전송모듈(100)의 전체두께를 박형화할 수 있다.
한편, 상기 안테나유닛의 일면에 배치되는 차폐유닛(120)은 상기 제1길이부(112)와 대응되는 영역에 상기 제1길이부(112)의 일부 또는 전체두께를 수용하기 위한 수용부(123,124)가 형성될 수 있다.
일례로, 상기 수용부는 상기 차폐유닛(120)의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈(123)일 수 있고(도 2 참조), 상기 차폐유닛(120)의 테두리로부터 내측으로 일정길이 절개형성되는 절개부(124)일 수 있다(도 6 참조).
여기서, 상기 수용홈(123) 또는 절개부(124)는 상기 제1길이부(112) 중 제2부분(117)만을 수용할 수도 있고, 제2부분(117)과 함께 제1부분(116)이 수용될 수도 있으며, 몸체(111)의 일부 또는 전체두께가 수용되는 형태일 수도 있다.
상기 제2길이부(113)는 상기 몸체(111)의 측부로부터 외측으로 돌출되는 제2리드부(119)와, 상기 제2리드부(119)의 단부에 구비되는 제2단자부(119a)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2단자부(119a)는 상기 제2리드부(119)의 단부에 별도로 형성될 수도 있고, 상기 제2리드부(119)의 일부일 수도 있다. 또한, 상기 제1길이부(112)의 제1단자부(115) 및 제2길이부(113)의 제2단자부(119a)는 외부로부터 공급되는 전원의 입, 출력단자의 역할을 수행할 수 있다.
상기 차폐유닛(120)은 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐하여 자기장의 집속도를 높여줌으로써 소정의 주파수 대역에서 작동하는 해당 안테나의 성능을 높여줄 수 있다.
이를 위해, 상기 차폐유닛(120)은 소정의 면적을 갖는 판상의 부재(121)로 형성되며, 상기 안테나유닛에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 차폐유닛은 상기 안테나유닛이 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나(110a,110b,110c)를 포함하는 경우, 해당 안테나의 성능을 각각 높여줄 수 있도록 서로 다른 특성을 갖는 시트로 구비될 수 있다.
즉, 상기 차폐유닛(120',120")은 서로 다른 투자율을 갖는 제1시트(125) 및 제2시트(126)를 포함할 수 있고, 상기 제1시트(125)는 100~350kHz 또는 6.78MHz에서 상기 제2시트(126)보다 상대적으로 높은 투자율을 가질 수 있다.
이때, 상기 제1시트(125) 및 제2시트(126)는 전체적인 두께를 줄일 수 있도록 액자형으로 구성될 수도 있고(도 9 참조), 제2시트(126)의 일면에 제1시트(125)가 적층되는 형태일 수도 있다(도 10 참조).
여기서, 상기 제1시트(125)는 무선전력 전송용 안테나(110a)의 성능을 향상시키기 위한 것이며, 상기 제2시트(126)는 NFC용 안테나(110a)의 성능을 향상시키기 위한 것이다.
일례로, 상기 제1시트(125)는 비정질 합금 및 나노결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 리본시트가 사용될 수 있고, 상기 제2시트(126)는 페라이트 시트가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있다. 더불어, 상기 비정질 합금 및 나노결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 페라이트 시트는 소결 페라이트 시트로 이루어질 수 있으며, Mn-Zn 페라이트 및 Ni-Zn 페라이트 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1시트(125)는 도 11에 도시된 바와 같이 다층으로 구성될 수도 있다. 일례로, 상기 제1시트(125)는 비정질합금 및 나노결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 리본시트(125a)가 접착층(125b)를 매개로 다층으로 적층될 수도 있다.
더불어, 상기 제1시트(125) 및 제2시트(126) 중 적어도 어느 하나는 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다. 이는, 각각의 시트가 분리형성됨으로써 전체적인 저항을 높여 와전류의 발생을 억제하거나 시트 자체의 유연성을 개선시킬 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 상기 차폐유닛(120)이 미세조각으로 분리형성된 복수 개의 시트가 다층으로 적층되는 경우 각각의 시트 사이에는 비전도성 성분을 포함하는 접착층이 배치되어 서로 적층되는 한 쌍의 시트 사이에 스며들 수 있도록 함으로써 상기 접착층이 각각의 시트를 구성하는 복수 개의 미세 조각들을 서로 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.
더불어, 상기 차폐유닛(120)의 상부면과 하부면에는 접착층을 매개로 부착되는 별도의 보호필름(127)이 각각 배치될 수도 있다.
상술한 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 Qi 방식에 적용될 수도 있고, PMA 방식의 무선충전에 적용될 수도 있으며, 자기 공진을 이용하는 A4WP 방식에도 적용될 수 있음을 밝혀둔다. 더불어, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 휴대단말기와 같은 휴대용 전자기기의 백커버 또는 리어케이스에 부착되는 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
더불어, 본 발명에 적용되는 안테나유닛이 무선전력 전송용 안테나(110a) 이외에 MST용 안테나 및 NFC용 안테나와 같은 다른 안테나를 포함하고 다른 안테나가 평판형 코일 형태로 구성되는 경우 다른 안테나 역시 상술한 무선전력 전송용 안테나와 동일한 구조로 구현될 수 있음을 밝혀둔다. 더하여, 상기 다른 안테나는 회로기판의 일면에 동박 또는 도전성 금속이 패턴인쇄된 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 무선 전력을 송출하기 위한 무선전력 송신모듈로 사용될 수도 있고, 무선전력 송신모듈로부터 송출되는 무선 전력을 수신하기 위한 무선전력 수신모듈로 사용될 수도 있으며, 다양한 방식의 휴대용 보조배터리에 적용될 수 있다.
일례로, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 적어도 하나의 배터리(210)를 포함하는 휴대용 보조배터리(200)에 적용될 수 있다(도 12 및 도 13 참조).
즉, 상기 휴대용 보조배터리(200)는 배터리(210), 수신부(220) 및 송신부(230)를 포함할 수 있고, 상기 배터리(210)의 일면에 수신부(220)가 배치되고 타면에 상기 송신부(230)가 배치될 수 있으며, 상기 배터리(210), 수신부(220) 및 송신부(230)가 케이스의 내부에 각각 내장될 수 있다.
여기서, 상기 배터리(210)는 충전대상인 휴대용 전자기기의 메인배터리(미도시)를 충전하기 위한 전원을 제공하는 역할을 수행하고, 상기 수신부(220)는 상기 배터리(210)의 전원을 충전하는 역할을 수행하며, 상기 송신부(230)는 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리(미도시)를 충전하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 수신부(220)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력 수신모듈로 구현될 수 있으며, 상기 송신부(230)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력 송신모듈로 구현될 수 있다.
이에 따라, 상기 수신부(220)는 외부 충전기기로부터 제공되는 무선 전력 신호를 수신하여 전력을 생산함으로써 상기 배터리(210)를 충전할 수 있으며, 상기 송신부(230)는 상기 배터리(210)에 저장된 전원을 무선 방식으로 충전대상인 휴대용 전자기기 측으로 송출함으로써 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리(미도시)를 충전할 수 있다.
즉, 상기 휴대용 보조배터리(200)는 무선 방식을 이용하여 내장된 배터리(210)의 전원을 자체를 충전하거나, 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전할 수 있다.
다른 예로써, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 도 14 내지 도 17에 도시된 바와 같이 무선 방식과 유선방식이 혼합된 형태의 휴대용 보조배터리(300,400)에 적용될 수도 있다.
즉, 상기 휴대용 보조배터리(300)는 배터리(310), 수신부(320) 및 충전포트부(340)를 포함할 수 있다(도 15 및 도 16 참조).
여기서, 상기 배터리(310)는 상기 충전포트부(340)를 통하여 충전대상인 휴대용 전자기기와 유선방식으로 연결됨으로써 상기 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리(미도시) 측으로 전원을 제공하는 역할을 수행하며, 상기 수신부(320)는 무선방식을 이용하여 외부 충전기기로부터 무선전력을 수신하여 전력을 생산함으로써 상기 배터리(310)의 전원을 충전하는 역할을 수행한다.
즉, 상기 수신부(320)는 상기 배터리(310)와 함께 케이스에 내장될 수 있으며, 상기 케이스의 일측에 상기 배터리(310)와 전기적으로 연결된 충전포트부(340)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 수신부(320)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력을 수신하기 위한 무선전력 수신모듈로 구현될 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리(310)의 전원을 충전시키고자 하는 경우에는 외부 충전기기(20)로부터 송출되는 무선 전력을 상기 수신부(320)를 통해 수신하여 전력을 생산함으로써 상기 배터리(310)의 전원을 충전시키며(도 14 참조), 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전하고자 하는 경우에는 휴대용 전자기기(10)를 상기 충전포트부(340)와 전기적으로 연결시킴으로써 상기 배터리(310)의 전원을 이용하여 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리를 충전할 수 있다.
이와는 반대로, 상기 휴대용 보조배터리(400)는 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 내장되는 배터리(410)는 유선 방식으로 충전될 수 있고, 충전대상인 휴대용 전자기기의 메인배터리는 무선 방식으로 충전되는 형태로 구현될 수 있다.
이를 위해, 상기 휴대용 보조배터리(400)는 배터리(410), 송신부(430) 및 충전포트부(440)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 송신부(430)는 상기 배터리(410)와 함께 케이스에 내장될 수 있으며, 상기 케이스의 일측에 상기 배터리(410)와 전기적으로 연결된 충전포트부(440)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 송신부(430)는 상술한 무선전력 전송모듈(100)이 무선전력을 송출하기 위한 무선전력 송신모듈로 구현될 수 있다.
이에 따라, 상기 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리를 충전시키고자 하는 경우에는 상기 배터리(410)에 저장된 전원을 이용하여 상기 송신부(430)를 통해 무선전력을 휴대용 전자기기(10) 측으로 송출함으로써 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시키며(도 16 참조), 상기 배터리(410)를 충전하고자 하는 경우에는 외부 충전기기(20)를 상기 충전포트부(440)와 전기적으로 연결시킴으로써 외부 충전기기(20)로부터 제공되는 전원을 이용하여 상기 배터리(410)의 전원을 충전할 수 있다(도 17 참조).
이와 같이, 상기 휴대용 보조배터리(300,400)는 내장된 배터리(310,410)를 충전하는 방식과 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리를 충전하는 방식이 서로 상이한 방식으로 이루어짐으로써 상기 배터리(310,410)의 충전과 상기 휴대용 전자기기(10)의 메인배터리의 충전이 동시에 이루어질 수 있다.
즉, 사용자는 상기 배터리(310,410)에 저장된 전원이 충분하지 못하거나 완전히 방전된 상태에서 휴대용 전자기기의 메인배터리의 충전이 필요한 경우 무선 방식 또는 무선 방식을 통하여 보조배터리(300,400)에 내장되는 배터리(310,410)를 충전하면서도 상기 배터리(310,410)의 충전방식과 다른 방식을 통하여 상기 배터리(310)에서 제공되는 전원을 이용하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 휴대단말기의 보호케이스와 같은 악세서리에 배터리와 함께 내장되어 상기 배터리에 저장된 전원을 무선 전력으로 송출하는 무선전력 송신모듈의 역할을 수행함으로써 악세서리 형태의 보조배터리로 구현될 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 평판형 코일로 이루어진 적어도 하나의 무선전력 전송용 안테나를 포함하는 안테나유닛; 및
    상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 차폐하는 차폐유닛;을 포함하고,
    상기 무선전력 전송용 안테나는,
    일정 길이를 갖는 도전성부재가 동일 평면상에 복수 회 권선된 몸체;
    상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측으로 연장되는 제1리드부와, 상기 제1리드부의 단부에 구비되는 제1단자부를 포함하는 제1길이부; 및
    상기 몸체의 측부로부터 외측으로 연장되는 제2 리드부와, 상기 제2 리드부의 단부에 구비되는 제2단자부를 포함하는 제2길이부;를 포함하되,
    상기 제1리드부는 적어도 일부가 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되는 제1부분을 포함하며, 상기 제1부분은 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 갖는 무선전력 전송모듈
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1부분은 상기 몸체의 중앙부에서 상기 몸체의 외측까지 상기 몸체의 일면에 중첩되게 밀착 배치되고, 상기 제1리드부는 상기 제1부분의 단부로부터 외측으로 일정길이 연장되는 제2부분을 포함하는 무선전력 전송모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1길이부는 상기 제1부분에 해당하는 길이만을 가압하여 상기 제1부분이 상기 몸체 중 제1부분과 중첩되지 않는 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가지는 무선전력 전송모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1길이부는 상기 몸체의 일면에 상기 제1부분이 중첩되도록 배치된 후 상기 제1부분 및 몸체를 동시에 가압하여 상기 제1부분이 상기 제 1 부분이 중첩되지 않은 도전성부재의 두께보다 얇은 두께를 가지는 무선전력 전송모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1부분과 대응되는 몸체의 일면에는 일정깊이 함몰형성되는 안착홈이 구비되는 무선전력 전송모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1부분은 단면이 장축과 단축을 갖는 타원형으로 형성되는 무선전력 전송모듈.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95% 두께를 갖도록 가압되는 무선전력 전송모듈.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1부분은 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압되고,
    상기 제1부분과 대응되는 영역에 해당하는 몸체를 구성하는 도전성부재는 상기 가압되기 전 두께에 대하여 60% 내지 95%의 두께를 갖도록 가압되는 무선전력 전송모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐유닛은 상기 제1길이부와 대응되는 영역에 상기 제1길이부를 배치하기 위한 수용부가 형성되는 무선전력 전송모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 차폐유닛의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되는 수용홈인 무선전력 전송모듈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 차폐유닛의 테두리로부터 내측으로 일정길이 절개형성되는 절개부인 무선전력 전송모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나유닛은 MST 안테나 및 NFC 안테나 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 무선전력 전송모듈.
  13. 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리에 있어서,
    충전기기로부터 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있도록 청구항 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 상기 배터리의 일면에 배치되는 수신부; 및
    상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시킬 수 있도록 청구항 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리의 타면에 배치되는 송신부;를 포함하는 휴대용 보조배터리.
  14. 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리에 있어서,
    청구항 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 수신모듈로 구비되어 충전기기로부터 송출되는 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 수신부; 및
    상기 배터리에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 휴대용 전자기기 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함하는 휴대용 보조배터리.
  15. 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대용 보조배터리에 있어서,
    청구항 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 무선전력 송신모듈로 구비되어 상기 배터리에 저장된 전력을 휴대용 전자기기 측으로 송출하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전시키는 송신부; 및
    충전기기에 저장된 전원을 충전케이블을 통하여 상기 배터리 측으로 제공하는 충전포트부;를 포함하는 휴대용 보조배터리.
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