WO2017135687A1 - 무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈 - Google Patents

무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈 Download PDF

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WO2017135687A1
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magnetic
power transmission
transmission module
magnetic body
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장길재
이동훈
김기철
박종호
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주식회사 아모센스
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    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging of a portable terminal, and more particularly to a wireless power transmission module shielding unit and a wireless power transmission module including the same that can be applied to a wireless power transmission method employing a permanent magnet.
  • the portable terminal is provided with a wireless charging function for wirelessly charging the built-in battery.
  • the wireless charging includes a wireless power receiving module embedded in the portable terminal and a wireless power transmitting module for supplying power to the wireless power receiving module. Is performed through.
  • the wireless charging may be classified into a magnetic induction method and a magnetic resonance method
  • the magnetic induction method may be classified into a PMA method and a Qi method according to a method of sensing the approach of the wireless power reception module to the wireless power transmission module.
  • the PMA wireless charging method controls the operation of the wireless power transmission module by detecting the approach of the wireless power reception module using a permanent magnet and a hall sensor, and a concept thereof is schematically illustrated in FIG. 1.
  • the wireless power transmission module 10 is provided with a permanent magnet 14 and a hall sensor 12, and the wireless power receiving module 20 has a magnetic material at approximately the center of the shielding sheet 24. 22) is attached.
  • the path of the magnetic force lines generated from the permanent magnet 14 when the wireless power receiving module 20 approaches the wireless power transmitting module 10 is changed by the magnetic material 22 and the voltage at the hall sensor 12 is changed.
  • the wireless power receiving module 20 recognizes that the wireless power transmitting module 10 operates and wireless charging is performed.
  • the magnetic field shielding sheet may be partially or entirely magnetized by a direct current magnetic field including a magnetic material.
  • the magnetic shielding sheet may not perform as a shielding sheet or perform a function as a shielding sheet.
  • the partial area A of the magnetic shielding sheet close to the magnetic body among the total area of the magnetic shielding sheet frequently generates magnetization by a direct-current magnetic field generated in the permanent magnet.
  • the antenna disposed at a position corresponding to the region A magnetized by the direct current magnetic field has a problem in that performance is degraded or normal operation is impossible and transmission efficiency is lowered.
  • the permanent magnet may be employed in the wireless power transmission module to align the wireless power transmission module and the wireless power receiving module of the Qi method. That is, the permanent magnet is installed in the wireless power transmission module, and the magnetic material is attached to the central portion of the shield sheet. Through this, when the wireless power reception module is in close proximity to the wireless power transmission module side, the permanent magnet and the magnetic body are aligned with each other through a DC magnetic field generated from the permanent magnet, thereby aligning the wireless power transmission module and the wireless power reception module.
  • part or all of the shielding sheet is magnetized by the direct-current magnetic field generated in the permanent magnet, so that the performance as the shielding sheet is degraded or the function as the shielding sheet is not smoothly performed.
  • the antenna disposed at a position corresponding to the region magnetized by the DC magnetic field has a problem that performance is degraded or normal operation is impossible and transmission efficiency is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above, the magnetic field for inducing a DC magnetic field generated in the permanent magnet is disposed so as not to contact with the magnetic shielding sheet or the DC magnetic field generated in the permanent magnet by minimizing the contact area It is an object of the present invention to provide a shielding unit for a wireless power transmission module that can reduce the movement to the magnetic shielding sheet side to increase the transmission efficiency of the antenna and a wireless power transmission module including the same.
  • the present invention is a part or the entire thickness of the magnetic material is accommodated in the magnetic field shielding sheet, the wireless power transmission module shielding unit that can implement a thinning while stably satisfying or implementing the conditions and characteristics required in the wireless charging method and including the same Another purpose is to provide a wireless power transmission module.
  • the present invention provides a magnetic field shielding sheet for shielding a magnetic field generated in a predetermined frequency band and focusing in a required direction; And a magnetic body receiving portion penetrating into the magnetic shielding sheet so that a magnetic body inducing a magnetic force line generated in a permanent magnet can be inserted into the magnetic field shielding sheet.
  • the magnetic body receiving portion includes a side of the magnetic body facing each other when the magnetic body is inserted and the magnetic body receiving portion. It provides a shielding unit for a wireless power transmission module having a relatively larger size than the magnetic material so that a gap can be formed between the inner surface of the negative.
  • one surface of the magnetic shielding sheet includes a plate-like support member, the magnetic material may be directly attached to the support member.
  • the support member may be a heat radiation sheet or an adhesive member having an adhesive layer formed on at least one surface thereof.
  • the support member may be a thin metal sheet made of a metal material, the metal sheet may include at least one pattern formed through.
  • the pattern may include at least one of a slit having a predetermined width and length and a through hole having a predetermined area.
  • the gap may be formed entirely or partially along the circumferential direction of the magnetic body.
  • the magnetic body receiving portion may be formed to have a larger cross-sectional area than the cross-sectional area of the permanent magnet.
  • the magnetic body may be a cut piece separated through the punching process from the magnetic shielding sheet to form the magnetic body receiving portion.
  • the present invention is an antenna unit provided with at least one antenna operating in a predetermined frequency band; A magnetic field shielding sheet for shielding a magnetic field generated by a radio signal induced by the antenna unit and focusing in a required direction; And a magnetic body receiving portion penetrating through the magnetic shielding sheet so that a magnetic body inducing magnetic force lines generated in the permanent magnets can be inserted, wherein the magnetic body receiving portion has a gap between the side of the magnetic body facing each other and the inner surface of the magnetic body receiving portion. It provides a wireless power transmission module having a relatively larger size than the magnetic material so that it can be formed.
  • the antenna unit may be a combo type including at least two antennas among a wireless power transmission antenna, an MST antenna, and an NFC antenna.
  • the present invention provides a wireless charging portable terminal which is installed in the rear case or the back cover of the wireless power transmission module as described above to operate as a wireless power receiving module.
  • the DC magnetic field generated in the permanent magnet is induced to be discharged to the outside to reduce the amount of the DC magnetic field flowing into the magnetic shielding sheet, thereby preventing the magnetization of the magnetic shielding sheet to increase the charging efficiency.
  • the wireless power transmission module especially the wireless power receiving module is designed to be thin, it can satisfy all the conditions and characteristics required by the wireless charging method, it is possible to apply a stable and efficient to a light and short and small portable terminal.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a movement path of a DC magnetic field generated in a permanent magnet in a wireless charging method of a charging system including a permanent magnet,
  • FIG. 2 is a view schematically showing a shielding unit for a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention, and a wireless power transmission module having the same;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention, a cross-sectional view showing a case in which a magnetic material and a magnetic shielding sheet are made of the same material;
  • FIG. 5 is a view schematically showing a shielding unit for a wireless power transmission module according to another embodiment of the present invention, and a wireless power transmission module having the same;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a wireless power transmission module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A to 7D are views illustrating various patterns formed on the metal sheet of FIG. 5;
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which a magnetic field generated in a permanent magnet is induced by a magnetic material in a wireless charging method charging system employing a wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention to prevent saturation of a shielding sheet, and
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which the wireless power transmission module according to an embodiment of the present invention is embedded in a portable terminal.
  • the wireless power transmission module 100, 200 includes at least one antenna 111, 112, 113, a shielding unit 120, and a magnetic body 130 as shown in FIGS. 2 and 5.
  • the wireless power transmission module (100,200) is built in a portable terminal 90, such as a smart phone, as shown in Figure 9 is electrically connected to the battery to receive the wireless power supplied from the wireless power transmission module 10 It may be a wireless power receiving module for charging the battery.
  • the wireless power transmission module (100,200) may be built in the main body of the portable terminal 90, may be provided in the form attached to one surface of the back cover 92 or the rear case 94, the back cover It may be integrated with the 92 or the rear case 94.
  • the antennas 111, 112, and 113 transmit or receive a portable electronic device such as a mobile phone, a PDA, a PMP, a tablet, a multimedia device, or a radio signal in a predetermined frequency band to perform a predetermined function.
  • a portable electronic device such as a mobile phone, a PDA, a PMP, a tablet, a multimedia device, or a radio signal in a predetermined frequency band to perform a predetermined function.
  • the antennas 111, 112, and 113 may be formed of a circular coil, oval, or square flat coil wound in a clockwise or counterclockwise direction, but are not necessarily limited thereto.
  • polyimide (PI) or A conductor such as copper foil may be patterned on at least one surface of the circuit board 114 made of a synthetic resin such as PET, or may be formed as a loop-shaped metal pattern using conductive ink.
  • the antennas 111, 112, and 113 will be described as being patterned in a loop shape on the circuit board 114.
  • the antenna may include an antenna 111 for a wireless power transfer serving as a Rx coil for receiving a wireless power signal, and antennas that perform other functions are the same. It may be configured.
  • the antenna may be configured only of the wireless power transmission antenna 111, in addition to the wireless power transmission antenna 111, the MST antenna 112 and near field wireless communication (Near) for magnetic secure payment (Magnetic Secure Transmission) It may be configured as a combo type further comprising at least one of the antenna for NFC (113) for field communication.
  • the shielding unit 120 is disposed on one surface of the antenna (111, 112, 113) and serves to shield the magnetic field generated by the radio signal induced in the antenna (111, 112, 113) and to focus in the direction of the required.
  • the shielding unit 120 includes a magnetic shielding sheet 122 and the magnetic body receiving portion 124 and the like.
  • the magnetic field shielding sheet 122 may be a plate-shaped member having a predetermined area, and may be made of a material having magnetic properties to shield the magnetic field and to focus in a required direction.
  • the magnetic field shielding sheet 122 may be made of various known materials.
  • the magnetic shielding sheet 122 may be a ribbon sheet, a ferrite sheet, a polymer sheet, or the like including at least one of an amorphous alloy and a nano grain alloy.
  • the amorphous alloy may be a Fe-based or Co-based magnetic alloy
  • the ferrite sheet may be made of a sintered ferrite sheet such as Mn-Zn ferrite or Ni-Zn ferrite.
  • the magnetic shielding sheet 122 may be formed into a plurality of pieces by being flake-processed, and may have a multilayer structure.
  • shielding sheets made of different materials may be used to improve performance of the antennas.
  • the sheet may be configured in a stacked form or may be configured in a frame shape in which one is accommodated inside the other.
  • the magnetic shielding sheet 122 is a well-known configuration, detailed descriptions are omitted, and the materials used as the shielding sheet are known to use all known materials that are commonly used.
  • the shielding unit 120 is a magnetic body receiving portion 124 for receiving the magnetic body 130 in the magnetic shielding sheet 122 is formed through.
  • the magnetic body 130 is a permanent magnet included in the wireless power transmission module 10 when the wireless power transmission module (100,200) approaches the wireless power transmission module 10 including a permanent magnet (14)
  • a permanent magnet (14) By changing the path of the magnetic force line generated in the can act as an attractor for inducing a voltage value change in the Hall sensor 12 that satisfies the operation start condition of the wireless power transmission module 10.
  • the magnetic body 130 is an alignment means for aligning the wireless power receiving module and the wireless power transmission module through interaction with the permanent magnet provided in the wireless power transmission module in the proximity of the wireless power receiving module and the wireless power transmission module. It can also play a role as.
  • the magnetic body 130 may be inserted into the magnetic body receiving unit 124 and disposed at a position corresponding to the permanent magnet provided in the wireless power transmission module when aligned with the wireless power transmission module.
  • the magnetic body 130 may be disposed at a position corresponding to the central space portion of the antenna.
  • the magnetic body 130 may have the same thickness as the magnetic shielding sheet 122 or may have a thickness relatively thicker than the magnetic shielding sheet 122.
  • the magnetic body 130 may be made of a material having a magnetic so as to induce a DC magnetic field generated in the permanent magnet.
  • the magnetic body 130 may be a thin ribbon sheet including at least one of silicon steel (FeSi), amorphous alloys and nanocrystalline alloys, may be made of ferrite, permalloy, polymer.
  • the magnetic body 130 may be composed of a single layer of amorphous ribbon sheet, two or more layers of amorphous ribbon sheet may be laminated in multiple layers, may be flake-treated and separated into a plurality of pieces.
  • the magnetic body receiving portion 124 may be formed to have a relatively larger size than the magnetic body 130 so that the magnetic body 130 is accommodated therein, the magnetic body 130 is the magnetic body receiving portion ( The magnetic body accommodating part 124 may be inserted so that a predetermined gap 126 is formed between the side surface of the magnetic body 130 facing each other and the inner surface of the magnetic body accommodating part 124 while being inserted into the 124.
  • the gap 126 formed between the side of the magnetic body 130 facing each other and the magnetic body accommodating part 124 may be formed entirely along the circumferential direction of the magnetic body 130 or may be partially formed.
  • the magnetic body 130 provided to have a relatively smaller size than the magnetic body accommodating part 124 has all sides facing the inner surface of the magnetic body accommodating part 124 directly with the inner surface of the magnetic body accommodating part 124. It may be arranged so as not to contact, some of the side facing the inner surface of the magnetic body receiving portion 124 may be disposed in contact with the inner surface of the magnetic body receiving portion 124 and the other side is not in contact.
  • the magnetic body 130 inserted into the magnetic body accommodating part 124 does not directly contact at least a portion of the entire side facing the inner surface of the magnetic body accommodating part 124 in direct contact with the inner surface of the magnetic body accommodating part 124. May be arranged so as not to.
  • the gap 126 formed between the side of the magnetic body 130 facing each other and the magnetic body accommodating part 124 is formed along the circumferential direction of the magnetic body 130, the gap 126 is 10 ⁇ m ⁇ . It may be 5mm.
  • the magnetic body 130 may be physically separated from the magnetic shielding sheet 122 and the contact area may be minimized even if the direct contact with the magnetic shielding sheet 122 is blocked or in contact with the source.
  • the magnetic body 130 is not disposed on the magnetic shielding sheet 122 on the upper and lower surfaces except the side.
  • the wireless power transmission module 100,200 and the wireless power transmission module 10 according to the present invention approaches and the magnetic body 130 is disposed at a position close to or directly above the permanent magnet 14.
  • the DC magnetic field generated by the permanent magnet 14 may be immediately discharged to the outside after the path of the magnetic flux is guided to the magnetic body 130.
  • the direct-current magnetic field generated in the permanent magnet is directly introduced to the magnetic shielding sheet side, the amount of magnetic flux introduced may be reduced or minimized.
  • the magnetic field shielding sheet 122 in the region around the magnetic body 130 may be prevented from being magnetized by the direct current magnetic field generated in the permanent magnet.
  • the magnetic field is physically separated from the magnetic shielding sheet 122 and the direct magnetic field induced toward the magnetic body 130 is minimized by minimizing the area where the magnetic body 130 is completely blocked or in direct contact with each other through the gap 126. This is because the movement along the transverse direction of the magnetic body 130 and the direct movement toward the magnetic shielding sheet 122 may be blocked or minimized.
  • the present invention may exhibit a performance similar to the desired shielding performance even in a region close to the magnetic body. By doing so, even if the antenna is disposed in close proximity to the magnetic material, it is possible to prevent the performance degradation of the antenna to obtain the desired transmission efficiency.
  • the magnetic body accommodating part 124 and the magnetic body 130 according to the present invention may be made of the same material and may have the same thickness as each other (see FIG. 4).
  • the magnetic body accommodating part 124 and the magnetic body 130 forms a magnetic field shielding sheet having a predetermined area by an area corresponding to the magnetic body 130 to form the magnetic body accommodating part 124 and the punched part. It may be used as the magnetic body 130.
  • a gap corresponding to the thickness may also be formed at the same time.
  • the magnetic body 130 is inserted into the magnetic body accommodating part 124 with a predetermined gap without having to perform a separate operation, so that the magnetic body 130 is inserted into the magnetic body accommodating part 124. No additional work is required to increase work productivity.
  • a magnetic field shielding sheet composed of a ribbon sheet including at least one of amorphous alloy and nano-crystalline alloy is punched by a predetermined area to form a magnetic body accommodating portion and inducing magnetic field lines generated from the punched portion in the permanent magnet.
  • the magnetic field shielding sheet and the magnetic body may have the same material and the same thickness by utilizing as a magnetic material.
  • the magnetic body receiving unit 124 may be formed to have a relatively larger size than the permanent magnet 14 provided in the wireless power transmission module 10.
  • the magnetic body receiving portion 124 may be provided to have a relatively large cross-sectional area than the cross-sectional area of the permanent magnet (14).
  • the comparative example is the charging efficiency when the magnetic body is attached to one surface of the shielding sheet in the same manner as the conventional method
  • Example 1 forms the magnetic body receiving portion 124 with a diameter of 19 mm and the inner surface of the magnetic body receiving portion and the side of the magnetic body.
  • the filling efficiency in the case where the interval therebetween is 1 mm
  • Example 2 is the filling efficiency in the case where the magnetic body accommodating part 124 is formed with a diameter of 17 mm, and the space between the inner surface of the magnetic body accommodating part and the side of the magnetic body is 1 mm.
  • Ferromagnetic role electric current Charging efficiency when magnetic material is attached to one surface of shielding sheet (comparative example) Charging efficiency when magnetic material is placed in a magnetic body accommodating part with a diameter of 19 mm (Example 1) Charging efficiency when magnetic material is placed in magnetic body accommodating part with 17mm diameter (Example 2)
  • Charging efficiency when magnetic material is placed in magnetic body accommodating part with 17mm diameter (Example 2)
  • the wireless power transmission module (100,200) according to the present invention is inserted into the magnetic body receiving portion 124, the magnetic body 130 is formed through the magnetic shielding sheet 122 to accommodate a part or the entire thickness of the magnetic body 130 Accordingly, even if the magnetic material 130 is included in the wireless power transmission module 100, 200, the wireless power transmission module 100, 200 may be thinned, and the magnetic material 130 having a sufficient thickness even if the entire thickness of the wireless power transmission module 100, 200 is thinned. ) Can be used.
  • the thickness of the wireless power transmission module 100,200 is limited, the thickness of the wireless power transmission module required by accommodating the thickness of at least a portion of the total thickness of the magnetic body 130 through the magnetic body receiving unit 124 is satisfied. At the same time, it is possible to stably satisfy or implement all the conditions and characteristics required in the wireless charging method.
  • separate supporting members 140 and 240 may be disposed on one surface of the magnetic field shielding sheet 122.
  • the support members 140 and 240 may be formed of a plate-shaped member, and may be provided to have a relatively larger area than the magnetic body accommodating part 124 so as to completely cover the magnetic body accommodating part 124.
  • the support members 140 and 240 may be provided to have the same area as the magnetic shielding sheet 122 or may be provided to have a relatively narrow cross-sectional area than the magnetic shielding sheet 122.
  • the magnetic body 130 has a gap 126 spaced apart from the inner surface of the magnetic body accommodating part 124 by being attached to the support members 140 and 240 in a state where the magnetic body 130 is inserted into the magnetic body accommodating part 124. I can keep it.
  • the support member 140 may be a heat radiation sheet for dissipating heat generated from a heat source to the outside, may be an adhesive member having an adhesive layer formed on at least one surface, to protect the magnetic shielding sheet 122 from the external environment It may be a protective film for.
  • the support member 140 may be a heat radiation sheet made of a material such as graphite having excellent thermal conductivity, may be a known double-sided tape or a single-sided tape, and may be a fluorine resin protective film such as PET.
  • the support member 240 may be a thin metal sheet attached to the magnetic shielding sheet 122 through an adhesive layer on one surface as shown in FIGS. 5 and 6. That is, when the support member 240 is implemented with a thin metal sheet having thermal conductivity, the support member 240 may provide the magnetic field shielding sheet 122 with a heat dissipation function to release heat transferred from a heat source to the outside.
  • the protective function can be performed simultaneously.
  • the metal sheet may be formed of a metal thin plate having a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ K or more, and may be aluminum foil or copper foil.
  • Such patterns 142 and 144 may be formed with respect to the entire area of the metal sheet or may be locally formed in a partial area, may be formed in a constant pattern, or may be formed in a random pattern.
  • the pattern may be provided in the form of a slit 142 having a predetermined length, or may be provided in the form of a through hole 144, in a form in which the slit 142 and the through hole 144 are mixed. It may be provided.
  • the slit may be provided in the form of a cutout extending a predetermined length inwardly from the edge of the metal sheet or may be provided in the form of a through-hole penetrating the inside of the metal sheet, a combination of the cutout and the through-hole It may be provided as.
  • the wireless power transmission module 100 or 200 according to the exemplary embodiment of the present invention described above may be installed inside the rear case 94 or the back cover 92 of the mobile terminal 90 as shown in FIG. 9.
  • the wireless power transmission module 100,200 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 8, the wireless charging method including a wireless power transmission module 10 and a wireless power receiving module employing a permanent magnet It can be applied to the system 1.
  • the wireless power transmission module 100 and 200 according to the present invention may serve as a wireless power receiving module in the wireless charging method 1 of the wireless charging method employing a permanent magnet.
  • the wireless power transmitter module 10 operates when the wireless power receiver module approaches to wirelessly supply power to the wireless power receiver module, and the wireless power receiver module uses the internal battery of the portable terminal with the power supplied as described above. To charge.
  • reference numeral 14 denotes a hall sensor and a permanent magnet constituting an apparatus for detecting an approach of the wireless power receiving module
  • reference numeral 16 denotes a wireless power transmission antenna for transmission.
  • the hall sensor may be omitted when the wireless charging method charging system 1 employing the permanent magnet is operated in the Qi method.
  • the permanent magnet is arranged to align the wireless power transmission module and the wireless power reception module through interaction with the magnetic body 130. Can be used for alignment.
  • the wireless power transmission module (100,200) according to the present invention is illustrated as being applied to the PMA method and the Qi method that the permanent magnet is adopted in the wireless power transmission module, but is not limited to this, the permanent magnet is employed in the wireless power transmission module If it is in the form that can be applied to other wireless charging methods.

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Abstract

무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 구비한 무선전력 전송모듈이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 무선전력 전송모듈용 차폐유닛은, 소정의 주파수 대역에서 발생하는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트; 및 영구자석에서 발생되는 자기력선을 유도하는 자성체가 삽입될 수 있도록 상기 자기장 차폐시트에 관통형성되는 자성체 수용부;를 포함하고, 상기 자성체 수용부는 상기 자성체보다 상대적으로 큰 크기를 갖도록 구비된다.

Description

무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈
본 발명은 휴대 단말기 등의 무선충전에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 영구자석이 채용된 무선전력 전송방식에 적용될 수 있는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈에 관한 것이다.
휴대 단말기에는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈과, 상기 무선전력 수신모듈에 전력을 공급하는 무선전력 송신모듈을 통해 수행된다.
또한, 무선 충전은 자기 유도 방식과 자기 공진 방식으로 분류되기도 하며, 자기 유도 방식은 무선전력 송신모듈에 대한 무선전력 수신모듈의 접근을 감지하는 방식에 따라 PMA 방식과 Qi 방식으로 분류되기도 한다.
이중, PMA 무선충전 방식은 영구자석과 홀 센서를 이용하여 무선전력 수신모듈의 접근을 감지함으로써 무선전력 송신모듈의 동작을 제어하는 것으로, 이에 대한 개념이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 무선전력 송신모듈(10)에는 영구자석(14)과 홀 센서(12)가 설치되어 있고, 무선전력 수신모듈(20)에는 차폐시트(24)의 대략 중앙부에 자성체(22)가 부착되어 있다.
이에 따라, 무선전력 송신모듈(10)에 대한 무선전력 수신모듈(20)의 접근시 영구자석(14)으로부터 발생하는 자기력선의 경로가 상기 자성체(22)에 의해 바뀌면서 홀 센서(12)에서의 전압값에 차이가 발생되고, 이 전압값의 차이가 일정 이상이 되면 무선전력 수신모듈(20)이 접근한 것으로 인지하여 무선전력 송신모듈(10)이 동작함으로써 무선 충전이 이루어진다.
이때, 상기 자성체(22)는 차폐시트(24)의 일면에 부착되기 때문에 영구자석에서 발생된 자기력선이 상기 자성체(22)로 유도된 후 차폐시트(24)에 의해 차단되어 외부로 통과하지 못하고 차폐시트(24)를 따라 흐르게 된다(도 1 화살표 참조).
이에 따라, 무선전력 송신모듈과 무선전력 수신모듈이 서로 근접한 경우 자기장 차폐시트는 자성체를 포함하는 일부 또는 전체가 직류 자기장에 의한 자화가 발생된다. 이로 인해, 자기장 차폐시트는 차폐시트로서의 성능을 떨어지거나 차폐시트로서의 기능을 수행하지 못하게 된다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이 자기장 차페시트의 전체 면적 중 자성체와 근접한 자기장 차폐시트의 일부영역(A)은 영구자석에서 발생되는 직류 자기장에 의한 자화가 빈번하게 발생한다.
이로 인해, 직류 자기장에 의해 자화된 영역(A)과 대응되는 위치에 배치된 안테나의 경우 성능이 떨어지거나 정상적인 작동이 불가능하여 전송 효율이 저하되는 문제가 있다.
한편, Qi 방식 중 무선전력 송신모듈과 무선전력 수신모듈의 정렬을 위하여 무선전력 송신모듈에 영구자석이 채용되기도 한다. 즉, 무선전력 송신모듈에 영구자석을 설치하고 무선전력 수신모듈에는 차폐시트의 대략 중앙부에 자성체가 부착된다. 이를 통해, 무선전력 송신모듈 측에 무선전력 수신모듈을 근접시키면 영구자석에서 발생되는 직류자기장을 통하여 영구자석과 자성체가 서로 정렬됨으로써 무선전력 송신모듈과 무선전력 수신모듈을 정렬된다.
이러한 방식에서도 상술한 PMA 방식과 마찬가지로 영구자석에서 발생되는 직류자기장에 의해 차폐시트의 일부 또는 전부가 자화됨으로써 차폐시트로서의 성능이 떨어지거나 차폐시트로서의 기능을 원활하게 수행하지 못한다. 이로 인해, 직류 자기장에 의해 자화된 영역과 대응되는 위치에 배치된 안테나의 경우 성능이 떨어지거나 정상적인 작동이 불가능하여 전송 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 영구자석에서 발생하는 직류자기장을 유도하기 위한 자성체가 자기장 차폐시트와 접촉되지 않도록 배치되거나 접촉되는 면적을 최소화함으로써 영구자석에서 발생되는 직류자기장이 자기장 차폐시트 측으로 이동하는 것을 경감시켜 안테나의 전송효율을 높일 수 있는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자성체의 일부 또는 전체두께가 자기장 차폐시트에 수용됨으로써 무선충전 방식에서 요구되는 조건 및 특성을 안정적으로 만족 또는 구현하면서도 박형화를 구현할 수 있는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소정의 주파수 대역에서 발생하는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트; 및 영구자석에서 발생되는 자기력선을 유도하는 자성체가 삽입될 수 있도록 상기 자기장 차폐시트에 관통형성되는 자성체 수용부;를 포함하고, 상기 자성체 수용부는 상기 자성체의 삽입시 서로 대면하는 자성체의 측면 및 자성체 수용부의 내면 사이에 간극이 형성될 수 있도록 상기 자성체보다 상대적으로 큰 크기를 갖는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛을 제공한다.
또한, 상기 자기장 차폐시트의 일면에는 판상의 지지부재를 포함하고, 상기 자성체는 상기 지지부재에 직접 부착될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 방열시트이거나 적어도 일면에 접착층이 형성된 접착부재일 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 금속재질로 이루어진 박판의 금속시트일 수 있고, 상기 금속시트는 관통형성되는 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다.
이때, 상기 패턴은 소정의 폭과 길이를 갖는 슬릿 및 소정의 면적을 갖는 관통공 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 간극은 상기 자성체의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성되거나 부분적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 자성체 수용부는 상기 영구자석의 단면적보다 더 넓은 단면적을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 자성체는 상기 자성체 수용부를 형성하기 위하여 상기 자기장 차폐시트로부터 타발 공정을 통해 분리된 절개편일 수 있다.
한편, 본 발명은 소정의 주파수 대역에서 작동하는 적어도 하나의 안테나로 구비되는 안테나 유닛; 상기 안테나 유닛에 유기되는 무선 신호에 의해 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트; 및 영구자석에서 발생되는 자기력선을 유도하는 자성체가 삽입될 수 있도록 상기 자기장 차폐시트에 관통형성되는 자성체 수용부;를 포함하고, 상기 자성체 수용부는 서로 대면하는 자성체의 측면 및 자성체 수용부의 내면 사이에 간극이 형성될 수 있도록 상기 자성체보다 상대적으로 큰 크기를 갖는 무선전력 전송모듈을 제공한다.
또한, 상기 안테나 유닛은 무선전력전송용 안테나, MST 안테나 및 NFC 안테나 중 적어도 2개의 안테나를 포함하는 콤보형일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 무선전력 전송모듈이 휴대 단말기 본체의 리어 케이스 또는 백커버에 설치되어 무선전력 수신모듈로 작동하는 무선 충전 가능한 휴대 단말기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 영구자석에서 발생된 직류자기장을 유도하여 외부로 방출시켜 자기장 차폐시트로 유입되는 직류자기장의 양을 경감시킴으로써 자기장 차폐시트의 자화를 방지하여 충전효율을 높일 수 있다.
또한, 자성체의 일부 또는 전체 두께가 자기장 차폐시트에 수용될 수 있으므로 무선전력 전송모듈의 전체 두께를 증가시킬 필요 없이 충분한 두께의 자성체를 사용할 수 있다. 이를 통해, 무선전력 전송모듈, 특히 무선전력 수신모듈이 박형으로 설계되더라도 무선충전 방식에서 요구하는 모든 조건 및 특성을 만족할 수 있어 경박단소형화된 휴대 단말기에 안정적이면서도 효율적인 적용이 가능하다.
도 1은 영구자석이 포함된 무선충전 방식의 충전 시스템에서 영구자석에서 발생되는 직류자기장의 이동경로를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈용 차폐유닛, 그리고 이를 구비한 무선전력 전송모듈을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 자성체와 자기장 차폐시트가 동일한 재질로 이루어진 경우를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송모듈용 차폐유닛, 그리고 이를 구비한 무선전력 전송모듈을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송모듈을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 7a 내지 도 7d는 도 5의 금속시트에 형성되는 다양한 패턴을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈을 채용한 무선충전 방식 충전 시스템에서 영구자석에서 발생되는 자기장이 자성체에 의해 유도되어 차폐시트의 포화가 방지되는 상태를 나타낸 개략도, 그리고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈이 휴대 단말기에 내장된 상태를 보인 개략도이다.
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 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)은 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 안테나(111,112,113), 차폐유닛(120) 및 자성체(130)를 포함한다.
여기서, 상기 무선전력 전송모듈(100,200)은 도 9에 나타낸 바와 같이 스마트폰 등과 같은 휴대 단말기(90)에 내장되어 배터리와 전기적으로 연결됨으로써 무선전력 송신모듈(10)로부터 공급되는 무선전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하기 위한 무선전력 수신모듈일 수 있다. 이때, 상기 무선전력 전송모듈(100,200)은 상기 휴대 단말기(90) 본체에 내장될 수도 있고, 백커버(92) 또는 리어 케이스(94)의 일면에 부착되는 형태로 구비될 수도 있으며, 상기 백커버(92) 또는 리어 케이스(94)와 일체화될 수도 있다.
상기 안테나(111,112,113)는 소정의 주파수 대역에서 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기와 무선 신호를 송출하거나 수신하여 소정의 기능을 수행토록 하기 위한 것이다.
이러한 안테나(111,112,113)는 시계방향 또는 반시계방향으로 권선된 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형 코일로 구성될 수 있으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니며, 도 2에 도시된 바와 같이 폴리이미드(PI)나 PET 등과 같은 합성수지로 이루어진 회로기판(114)의 적어도 일면에 동박 등과 같은 전도체를 패터닝하거나 전도성 잉크를 사용하여 루프 형상의 금속패턴으로 형성될 수도 있다.
이하에서는 설명의 편의상 상기 안테나(111,112,113)가 상기 회로기판(114)에 루프 형상으로 패턴형성되는 것으로 설명하기로 한다.
이때, 상기 안테나는 무선전력 신호를 수신하기 위한 수신 코일(Rx coil)의 역할을 수행하는 무선전력전송(Wireless Power Transfer)용 안테나(111)를 포함할 수 있으며, 다른 기능을 수행하는 안테나가 같이 구성될 수도 있다.
즉, 상기 안테나는 무선전력전송용 안테나(111) 만으로 구성될 수도 있고, 무선전력전송용 안테나(111) 이외에 마그네틱 보안 결제(Magnetic Secure Transmission)를 위한 MST용 안테나(112) 및 근거리 무선 통신(Near Field Communication)을 위한 NFC용 안테나(113) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 콤보형으로 구성될 수도 있다.
상기 차폐유닛(120)은 상기 안테나(111,112,113)의 일면에 배치되어 상기 안테나(111,112,113)에 유기되는 무선 신호에 의해 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 역할을 수행한다.
이를 위해, 상기 차폐유닛(120)은 자기장 차폐시트(122) 및 자성체 수용부(124) 등을 포함한다.
상기 자기장 차폐시트(122)는 소정 면적을 갖는 판상의 부재일 수 있으며, 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시킬 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 자기장 차폐시트(122)는 공지의 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 자기장 차폐시트(122)는 비정질 합금 및 나노 결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 리본시트, 페라이트 시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.
여기서, 상기 비정질 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있으며, 상기 페라이트 시트는 Mn-Zn 페라이트 또는 Ni-Zn 페라이트와 같은 소결 페라이트 시트로 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 자기장 차폐시트(122)는 플레이크 처리되어 복수 개로 분리형성될 수 있으며, 다층구조로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 자기장 차폐시트(122)는 서로 다른 역할을 수행하는 복수 개의 안테나(111,112,113)가 구비되는 경우 해당 안테나의 성능을 향상시킬 수 있도록 이종의 재질로 이루어진 차폐시트가 사용될 수 있으며, 이종의 차폐시트는 적층형태로 구성될 수도 있고 어느 하나가 다른 하나의 내측에 수용되는 액자형으로 구성될 수도 있다.
이와 같은 자기장 차폐시트(122)는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하며, 차폐시트로 사용되는 재료는 통상적으로 사용되는 공지의 재료가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 차폐유닛(120)은 상기 자기장 차폐시트(122)에 자성체(130)를 수용하기 위한 자성체 수용부(124)가 관통형성된다.
본 발명에서, 상기 자성체(130)는 무선전력 전송모듈(100,200)이 영구자석(14)을 포함하는 무선전력 송신모듈(10)에 접근할 때 상기 무선전력 송신모듈(10)에 포함된 영구자석에서 발생하는 자기력선의 경로를 변경시켜줌으로써 상기 무선전력 송신모듈(10)의 동작 개시 조건을 만족하는 홀 센서(12)에서의 전압값 변화를 유도하기 위한 어트랙터로서의 역할을 수행할 수 있다.
더불어, 상기 자성체(130)는 무선전력 수신모듈 및 무선전력 송신모듈의 근접시 무선전력 송신모듈에 구비되는 영구자석과의 상호 작용을 통하여 무선전력 수신모듈 및 무선전력 송신모듈의 정렬을 위한 정렬수단으로서의 역할을 수행할 수도 있다.
이와 같은 자성체(130)는 상기 자성체 수용부(124)에 삽입배치될 수 있으며 무선전력 송신모듈과의 정렬시 상기 무선전력 송신모듈에 구비되는 영구자석과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
일례로, 상기 자성체(130)는 상기 안테나의 중앙부 공간부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이때, 상기 자성체(130)는 상기 자기장 차폐시트(122)와 동일한 두께를 가질 수도 있고 상기 자기장 차폐시트(122)보다 상대적으로 두꺼운 두께를 가질 수도 있다.
또한, 상기 자성체(130)는 상기 영구자석에서 발생되는 직류자기장을 유도할 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 자성체(130)는 실리콘 스틸(FeSi), 비정질 합금 및 나노결정립 합금 중 적어도 1종 이상을 포함하는 박판의 리본시트가 사용될 수 있으며, 페라이트, 퍼멀로이, 폴리머로 이루어질 수도 있다.
더불어, 상기 자성체(130)는 단층의 비정질 리본시트로 구성될 수도 있고, 2층 이상의 비정질 리본시트가 다층으로 적층될 수도 있으며, 플레이크 처리되어 다수의 조각으로 분리형성될 수도 있다.
이때, 상기 자성체 수용부(124)는 내부에 자성체(130)가 수용될 수 있도록 상기 자성체(130)보다 상대적으로 더 큰 크기를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 자성체(130)는 상기 자성체 수용부(124)에 삽입된 상태에서 서로 대면하는 자성체(130)의 측면과 자성체 수용부(124)의 내면 사이에 소정의 간극(126)이 형성되도록 상기 자성체 수용부(124) 삽입 배치될 수 있다.
여기서, 서로 대면하는 자성체(130)의 측면과 자성체 수용부(124) 사이에 형성되는 간극(126)은 상기 자성체(130)의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성될 수도 있고 부분적으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 자성체 수용부(124)보다 상대적으로 작은 크기를 갖도록 구비되는 자성체(130)는 상기 자성체 수용부(124)의 내면과 대면하는 모든 측면이 상기 자성체 수용부(124)의 내면과 직접 접촉되지 않도록 배치될 수도 있고, 상기 자성체 수용부(124)의 내면과 대면하는 측면 중 일부는 상기 자성체 수용부(124)의 내면과 접촉되고 나머지 측면은 접촉되지 않도록 배치될 수 있다.
다시 말하면, 상기 자성체 수용부(124)에 삽입 배치되는 자성체(130)는 상기 자성체 수용부(124)의 내면과 대면하는 전체측면 중 적어도 일부가 상기 자성체 수용부(124)의 내면과 직접 접촉되지 않도록 배치될 수 있다.
더불어, 서로 대면하는 자성체(130)의 측면과 자성체 수용부(124) 사이에 형성되는 간극(126)이 상기 자성체(130)의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성되는 경우 상기 간극(126)은 10㎛~5mm일 수 있다.
이에 따라, 상기 자성체(130)는 상기 자기장 차폐시트(122)와 물리적으로 분리됨과 아울러 자기장 차폐시트(122)와의 직접적인 접촉이 원천적으로 차단하거나 접촉되더라도 접촉되는 면적이 최소화될 수 있다. 더불어, 상기 자성체(130)는 측면을 제외한 상부면과 하부면 측에 자기장 차폐시트(122)가 배치되지 않는다.
이를 통해, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)과 무선전력 송신모듈(10)이 접근하여 상기 자성체(130)가 영구자석(14)의 직상부 또는 직상부와 근접한 위치에 배치되는 경우 상기 영구자석(14)에서 발생된 직류자기장은 자속의 경로가 자성체(130) 측으로 유도된 후 외부로 곧바로 방출될 수 있다. 더불어, 상기 영구자석에서 발생된 직류자기장이 자기장 차폐시트 측으로 직접 유입되더라도 유입되는 자속의 양이 경감되거나 최소화될 수 있다.
이로 인해, 상기 자성체(130) 주위 영역의 자기장 차폐시트(122)는 영구자석에서 발생되는 직류자기장에 의해 자화되는 것이 방지될 수 있다.
이는, 상기 자성체(130)가 자기장 차폐시트(122)와 물리적으로 분리되고 간극(126)을 통해 서로 직접 접촉되는 것이 완전히 차단되거나 접촉되는 면적을 최소화함으로써 상기 자성체(130) 측으로 유도된 직류자기장이 자성체(130)의 횡방향을 따라 이동되어 자기장 차폐시트(122) 측으로 직접 이동되는 것이 차단되거나 최소화될 수 있기 때문이다.
즉, 상기 자성체와 근접한 일부 영역이 영구자석에서 발생하는 직류자기장에 의해 자화되어 차폐시트로서의 성능이 저하되던 종래와는 달리, 본 발명에서는 자성체와 근접한 영역에서도 목적하는 차폐성능과 유사한 성능을 발휘할 수 있게 됨으로써 자성체와 가까운 위치에 안테나가 배치되더라도 안테나의 성능저하를 방지하여 목적하는 전송효율을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자성체 수용부(124) 및 자성체(130)는 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 서로 동일한 두께를 갖도록 구비될 수 있다(도 4 참조). 일례로, 상기 자성체 수용부(124) 및 자성체(130)는 소정의 면적을 갖는 자기장 차폐시트를 자성체(130)에 해당하는 면적만큼 타발하여 상기 자성체 수용부(124)를 구성하고 타발된 부분을 자성체(130)로 사용할 수도 있다.
이에 따라, 타발공정에 의해 타발된 부분을 자성체(130)로 사용함으로써 재료의 손실이 발생하지 않으므로 원가절감을 도모할 수 있다.
더불어, 타발공정을 통해 자성체 수용부(124) 및 자성체(130)를 동시에 형성하는 경우 상기 자성체(130) 및 자성체 수용부(124) 사이에는 타발시 사용되는 칼날 또는 금형에 의하여 상기 칼날 또는 금형의 두께에 해당하는 간극도 동시에 형성될 수 있다.
더하여, 타발이 완료되면 별다른 작업을 수행할 필요없이 상기 자성체 수용부(124)에 자성체(130)가 소정의 간극을 두고 삽입된 상태가 되므로 자성체 수용부(124)에 자성체(130)를 삽입하기 위한 추가작업이 불필요하므로 작업생산성을 높일 수 있다.
이에 대한 구체적인 예로써, 비정질 합금 및 나노 결정립 합금 중 1종 이상을 포함하는 리본시트로 이루어진 자기장 차폐시트를 소정의 면적만큼 타발하여 자성체 수용부를 형성하고 타발된 부분을 영구자석에서 발생하는 자기력선을 유도하기 위한 자성체로 활용함으로써 자기장 차폐시트 및 자성체가 동일한 재질 및 동일한 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 자성체 수용부(124)는 상기 무선전력 송신모듈(10)에 구비되는 영구자석(14)보다 상대적으로 더 큰 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 일례로, 상기 자성체 수용부(124)는 상기 영구자석(14)의 단면적보다 상대적으로 넓은 단면적을 갖도록 구비될 수 있다.
이는, 자성체(130)의 중심점이 영구자석(14)의 중심점의 직상부에 위치하도록 무선전력 전송모듈(100,200)과 무선전력 송신모듈(10)이 배치되는 경우 상기 영구자석(14)과 대응되는 면적의 직상부 영역에 자기장 차폐시트(122)가 배치되지 않도록 하기 위함이다. 이를 통해, 상기 영구자석(14)의 직상부 측에는 자성체(130) 또는 자성체(130)와 자성체 수용부(124) 사이에 형성된 간극(126)이 배치됨으로써 상기 영구자석(14)에서 발생된 직류 자기장이 상기 자기장 차폐시트(122)로 직접 유도되는 것이 최소화되거나 방지할 수 있게 되므로 안테나의 성능저하를 방지하여 전송효율을 높일 수 있다.
이는, 하기의 표 1에서 확인할 수 있다.
즉, 비교예는 종래의 방식과 동일하게 자성체를 차폐시트의 일면에 부착한 경우의 충전효율이고, 실시예 1은 자성체 수용부(124)를 직경 19mm로 형성하고 자성체 수용부의 내면 및 자성체의 측부 사이의 간격이 1mm인 경우의 충전효율이며, 실시예 2는 자성체 수용부(124)를 직경 17mm로 형성하고 자성체 수용부의 내면 및 자성체의 측부 사이의 간격이 1mm인 경우의 충전효율이다.
여기서, 비교예, 실시예 1 및 실시예2의 경우 자성체 수용부의 크기 및 형성유무를 제외하고, 무선전력전송용 안테나 및 자기장 차폐시트는 동일한 조건에서 측정하였다.
자성체 역할 전류 자성체를 차폐시트의 일면에 부착한 경우 충전효율(비교예) 직경 19mm의 자성체 수용부에 자성체 배치한 경우의 충전효율(실시예1) 직경 17mm의 자성체 수용부에 자성체 배치한 경우의 충전효율(실시예2)
위치 정렬용 500mA 63.6% 67.5% 65.8%
600mA 65.6% 69.0% 67.9%
700mA 66.9% 70.2% 68.9%
800mA 67.8% 70.5% 69.3%
900mA 67.8% 71.1% 70.0%
1000mA 68.1% 71.3% 70.5%
어트랙터 500mA 53.7% 55.9% 57.7%
600mA 55.3% 57.3% 58.9%
700mA 56.3% 58.2% 60.1%
800mA 57.3% 59.1% 61.0%
900mA 58.2% 59.9% 61.9%
1000mA 58.7% 60.4% 62.5%
위의 표 1에서 확인할 수 있듯이, 통상적인 무선충전시 사용되는 1A의 전류를 인가하였을 때 실시예 1 및 실시예 2의 경우에는 자성체의 역할과 상관없이 무선충전방식에서 요구하는 60% 이상의 충전효율을 모두 만족하고 있다. 그러나, 비교예의 경우에는 어트랙터로서 사용되는 경우에는 충전효율이 60%를 만족하지 못하며, 위치 정렬용으로 사용되는 경우에도 실시예 1 및 실시예 2에 비하여 충전효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)은 상기 자성체(130)가 자기장 차폐시트(122)에 관통형성되는 자성체 수용부(124)에 삽입되어 자성체(130)의 일부 또는 전체두께가 수용됨으로써 무선전력 전송모듈(100,200)에 자성체(130)가 포함되더라도 무선전력 전송모듈(100,200)을 박형화로 구현할 수 있으며, 무선전력 전송모듈(100,200)의 전체두께가 박형화되더라도 충분한 두께를 갖는 자성체(130)를 사용할 수 있다.
다시 말하면, 상기 무선전력 전송모듈(100,200)의 전체두께가 제한되더라도 자성체 수용부(124)를 통해 자성체(130)의 전체두께 중 적어도 일부의 두께를 수용함으로써 요구되는 무선전력 전송모듈의 두께를 만족하면서도 무선충전 방식에서 요구되는 모든 조건 및 특성을 안정적으로 만족 또는 구현할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 차폐유닛(120)은 상기 자기장 차폐시트(122)의 일면에 별도의 지지부재(140,240)가 배치될 수 있다.
이때, 상기 지지부재(140,240)는 판상의 부재로 이루어질 수 있으며, 상기 자성체 수용부(124)를 완전히 덮을 수 있도록 상기 자성체 수용부(124)보다 상대적으로 넓은 면적을 갖도록 구비될 수 있다. 여기서, 상기 지지부재(140,240)는 상기 자기장 차폐시트(122)와 동일한 면적을 갖도록 구비될 수도 있고, 상기 자기장 차폐시트(122)보다 상대적으로 좁은 단면적을 갖도록 구비될 수도 있다.
이에 따라, 상기 자성체(130)는 상기 자성체 수용부(124)에 삽입된 상태에서 일면이 상기 지지부재(140,240)에 부착됨으로써 자성체 수용부(124)의 내면과 일정간격 이격된 간극(126)을 유지할 수 있다.
이때, 상기 지지부재(140)는 열원에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 방열시트일 수 있고, 적어도 일면에 접착층이 형성된 접착부재일 수도 있으며, 외부 환경으로부터 상기 자기장 차폐시트(122)를 보호하기 위한 보호필름일 수도 있다.
일례로, 상기 지지부재(140)는 열전도도가 우수한 흑연과 같은 재질로 이루어지는 방열시트일 수 있고, 공지의 양면테이프 또는 단면테이프일 수 있으며, PET 등과 같은 불소 수지계 보호필름일 수 있다.
또한, 상기 지지부재(240)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 일면에 접착층을 매개로 상기 자기장 차폐시트(122)에 부착되는 박판의 금속시트일 수 있다. 즉, 상기 지지부재(240)가 열전도성을 갖는 박판의 금속시트로 구현되는 경우 상기 지지부재(240)는 열원으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열기능과 더불어 상기 자기장 차폐시트(122)를 보호하는 보호기능을 동시에 수행할 수 있다.
일례로, 상기 금속시트는 열전도도가 200W/m·K 이상의 금속박판으로 이루어질 수 있으며, 알루미늄박 또는 동박일 수 있다.
이때, 상기 지지부재(240)가 박판의 금속시트로 구비되는 경우 상기 지지부재(240) 측에는 적어도 하나의 패턴(142,144)이 관통형성될 수 있다(도 7a 내지 도 7d 참조). 이와 같은 패턴(142,144)은 상기 지지부재(240)의 전체적인 저항을 높여줌으로써 무선전력을 이용한 무선충전시 와전류의 발생을 억제하여 충전효율을 높일 수 있다.
이와 같은 패턴(142,144)은 상기 금속시트의 전체면적에 대하여 형성될 수도 있고 일부 면적에 국부적으로 형성될 수도 있으며, 일정한 패턴으로 형성될 수도 있고 랜덤한 패턴으로 형성될 수도 있다.
더불어, 상기 패턴은 소정의 길이를 갖는 슬릿(142)의 형태로 구비될 수도 있고, 관통공(144)의 형태로 구비될 수도 있으며, 슬릿(142)과 관통공(144)이 혼합된 형태로 구비될 수도 있다.
여기서, 상기 슬릿은 상기 금속시트의 테두리로부터 내측으로 일정길이 연장된 절개부의 형태로 구비될 수도 있고 금속시트의 내부를 관통하는 관통구의 형태로 구비될 수도 있으며, 절개부와 관통구가 조합된 형태로 구비될 수도 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)은 도 9에 도시된 바와 같이 휴대 단말기(90)의 리어 케이스(94) 또는 백커버(92)의 내측에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)은 도 8에 도시된 바와 같이, 영구자석이 채용된 무선전력 송신모듈(10) 및 무선전력 수신모듈을 포함하는 무선충전 방식 충전 시스템(1)에 적용될 수 있다.
일례로, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)은 영구자석이 채용된 무선충전 방식의 충전 시스템(1)에서 무선전력 수신모듈의 역할을 수행할 수 있다.
상기 무선전력 송신모듈(10)은 상기 무선전력 수신모듈이 접근하면 동작하여 전력을 무선으로 상기 무선전력 수신모듈로 공급하며, 무선전력 수신모듈은 상기와 같이 공급되는 전력으로 휴대 단말기의 내장 배터리를 충전한다.
도 8에서 참조부호 14는 무선전력 수신모듈의 접근을 감지하기 위한 장치를 구성하는 홀센서 및 영구자석이며, 부호 16은 송신용 무선전력전송 안테나이다.
여기서, 상기 홀센서는 상기 영구자석이 채용된 무선충전 방식 충전 시스템(1)이 Qi 방식으로 작동하는 경우 생략될 수 있다. 더불어, 상기 영구자석이 채용된 무선충전 방식 충전 시스템(1)이 Qi 방식으로 작동하는 경우 상기 영구자석은 상기 자성체(130)와의 상호 작용을 통하여 무선전력 송신모듈과 무선전력 수신모듈을 정렬하기 위한 정렬용으로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100,200)은 무선전력 송신모듈에 영구자석이 채용되는 PMA 방식 및 Qi 방식에 적용되는 것으로 예시하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 무선전력 송신모듈에 영구자석이 채용되는 형태라면 다른 무선충전 방식에도 적용될 수 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 (20)

  1. 소정의 주파수 대역에서 발생하는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트; 및
    영구자석에서 발생되는 자기력선을 유도하는 자성체가 삽입될 수 있도록 상기 자기장 차폐시트에 관통형성되는 자성체 수용부;를 포함하고,
    상기 자성체 수용부는 상기 자성체의 삽입시 서로 대면하는 자성체의 측면 및 자성체 수용부의 내면 사이에 간극이 형성될 수 있도록 상기 자성체보다 상대적으로 큰 크기를 갖는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장 차폐시트의 일면에는 판상의 지지부재를 포함하고, 상기 자성체는 상기 지지부재에 직접 부착되는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 지지부재는 방열시트이거나 적어도 일면에 접착층이 형성된 접착부재인 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 지지부재는 금속재질로 이루어진 박판의 금속시트인 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 금속시트는 관통형성되는 적어도 하나의 패턴을 포함하는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 패턴은 소정의 폭과 길이를 갖는 슬릿 및 소정의 면적을 갖는 관통공 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 간극은 상기 자성체의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성되거나 부분적으로 형성되는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 자성체 수용부는 상기 영구자석의 단면적보다 더 넓은 단면적을 갖도록 형성되는 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 자성체 수용부를 형성하기 위하여 상기 자기장 차폐시트로부터 타발 공정을 통해 분리된 절개편인 무선전력 전송모듈용 차폐유닛.
  10. 소정의 주파수 대역에서 작동하는 적어도 하나의 안테나;
    상기 안테나에 유기되는 무선 신호에 의해 발생되는 자기장을 차폐함과 아울러 소요의 방향으로 집속시키는 자기장 차폐시트;
    상기 자기장 차폐시트에 관통형성되는 자성체 수용부; 및
    상기 자성체 수용부에 삽입배치되고 영구자석에서 발생되는 자기력선을 유도하는 자성체;를 포함하고,
    상기 자성체 수용부는 서로 대면하는 자성체의 측면 및 자성체 수용부의 내면 사이에 간극이 형성될 수 있도록 상기 자성체보다 상대적으로 큰 크기를 갖는 무선전력 전송모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 안테나는 무선전력전송용 안테나, MST 안테나 및 NFC 안테나 중 적어도 2개의 안테나를 포함하는 콤보형인 무선전력 전송모듈.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 자기장 차폐시트의 일면에는 판상의 지지부재를 포함하고, 상기 자성체는 상기 지지부재에 직접 부착되는 무선전력 전송모듈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 지지부재는 방열시트이거나 적어도 일면에 접착층이 형성된 접착부재인 무선전력 전송모듈.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 지지부재는 금속재질로 이루어진 박판의 금속시트인 무선전력 전송모듈.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 금속시트는 관통형성되는 적어도 하나의 패턴을 포함하는 무선전력 전송모듈.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 패턴은 소정의 폭과 길이를 갖는 슬릿 및 소정의 면적을 갖는 관통공 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무선전력 전송모듈.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 간극은 상기 자성체의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성되거나 부분적으로 형성되는 무선전력 전송모듈.
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 자성체 수용부는 상기 영구자석의 단면적보다 더 넓은 단면적을 갖도록 형성되는 무선전력 전송모듈.
  19. 제 10항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 자성체 수용부를 형성하기 위하여 상기 자기장 차폐시트로부터 타발 공정을 통해 분리된 절개편인 무선전력 전송모듈.
  20. 청구항 제 10항 내지 청구항 제 19항 중 어느 한 항에 기재된 무선전력 전송모듈이 휴대 단말기 본체의 리어 케이스 또는 백커버에 설치되는 무선 충전 가능한 휴대 단말기.
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