WO2019054704A1 - 무선충전코일, 그 제조방법 및 이를 구비한 무선충전장치 - Google Patents

무선충전코일, 그 제조방법 및 이를 구비한 무선충전장치 Download PDF

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WO2019054704A1
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coil
extension line
wireless charging
bent
coil portion
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PCT/KR2018/010539
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Inventor
오세원
김영환
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging coil, a manufacturing method thereof, and a wireless charging apparatus having the same.
  • Portable terminals such as mobile phones and laptops, include a battery for storing power and a circuit for charging and discharging the battery. In order for the battery of such a terminal to be charged, power must be supplied from an external charger.
  • a charging system (hereinafter referred to as a "wireless charging system") and a control method using a method of transmitting power wirelessly are proposed.
  • the wireless charging system since the wireless charging system has not been installed in some portable terminals in the past and the consumer has to purchase a separate wireless charging receiver accessory, the demand for the wireless charging system is low, but the wireless charging user is expected to increase rapidly.
  • Wireless charging function is expected to be equipped basically.
  • a wireless charging system comprises a wireless power transmitter for supplying electric energy in a wireless power transmission mode and a wireless power receiver for receiving electric energy supplied from a wireless power transmitter to charge the battery.
  • the conventional wireless charging coil is formed in the form of an FPCB type and attached to a shielding material.
  • the coil factors that determine the charging efficiency of the wireless charging are the inductance L, the resistance R, and Q.
  • the FPCB type coil has a design autocircuit and a plating type, the L value and the R (resistance) characteristics are good, and the inductance and the capacitance value can be secured easily, and the Q value characteristic is also good.
  • the conventional wireless charging coil has a disadvantage of high product cost due to expensive material cost and processing cost.
  • the embodiment provides a wireless charging coil of a new structure.
  • the embodiment provides a method of manufacturing a wireless charging coil in which the process is simple and the material cost is reduced.
  • the embodiment provides a wireless charging device having the wireless charging coil.
  • a wireless charging coil includes: a coil portion; A hollow portion located inside the coil portion; And a first extension line extending from a first bend at which an inner end of the coil section adjacent to the hollow section is bent.
  • the first extension line may include a first region overlapping the first bent portion of the coil section and a second region overlapping the coil section.
  • a method for manufacturing a wireless charging coil including a coil part according to an embodiment and a hollow part located inside the coil part includes the steps of forming a metal pattern by punching a metal sheet, the metal pattern including a coil of the coil part, And a first extension line extending from the first bent section, the first bent line being bent at an inner one end of the coil section adjacent to the hollow section; Forming an insulating film surrounding the metal pattern; And rotating the first extension line about the first bent portion to overlap the first extension line with the coil portion.
  • a wireless charging apparatus includes: a printed circuit board; A plurality of wireless charging coils disposed on the printed circuit board; And a shielding material disposed between the printed circuit board and the wireless charging coil.
  • the wireless charging coil includes: a coil portion; A hollow portion located inside the coil portion; And an extension line extending from a bent portion where an inner end of the coil portion adjacent to the hollow portion is bent.
  • the extension line may include a first region overlapping the bending portion of the coil portion and a second region overlapping the coil portion.
  • the contact pads connected to the first and second extension lines and the second extension line are manufactured at the same time when the coil portion is manufactured, so that the processing time can be shortened and the process material cost can be reduced.
  • the second extension line overlapping at least the coil part is surrounded by the insulating film, so that the shorting of the coil part and the second extension line can be prevented.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system in accordance with an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the structure of a wireless power receiver in conjunction with the wireless power transmitter of FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • 5 shows a wireless charging coil according to an embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the area A in Fig.
  • Fig. 7 illustrates how the first extension line is bent.
  • Fig. 9 illustrates a process for manufacturing a wireless charging coil according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a view for explaining a structure of a multimode antenna module according to an embodiment.
  • the terms used in the embodiments of the present invention are intended to illustrate the embodiments and are not intended to limit the present invention.
  • the singular forms may include plural forms unless otherwise specified in the text, and may be combined as A, B, and C when described as "at least one (or more than one) of B and C" ≪ / RTI > and any combination thereof.
  • terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms are not limited to the nature, order or order of the constituent elements.
  • an apparatus for transmitting wireless power on a wireless power charging system includes a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a wireless power transmitter, And a wireless charging device are used in combination.
  • a wireless power receiving device, a wireless power receiver, a receiving terminal, a receiving side, a receiving device, a receiver terminal, and the like may be used in combination for the sake of convenience of description in the expression for a device for receiving wireless power from a wireless power transmission device.
  • the wireless charging device may be configured as a pad type, a cradle type, an access point (AP) type, a small base type, a stand type, a ceiling embedded type, a wall type, And may transmit power to the wireless power receiving device.
  • AP access point
  • a wireless power transmitter can be used not only on a desk, on a table, etc., but also for an automobile and used in a vehicle.
  • a wireless power transmitter installed in a vehicle can be provided in a form of a stand that can be easily and stably fixed and mounted.
  • a wireless power receiver according to another embodiment may also be mounted on a vehicle, an unmanned aerial vehicle, an air drone or the like.
  • a wireless power receiver may include at least one wireless power transmission scheme and may receive wireless power from two or more wireless power transmitters at the same time.
  • the wireless power transmission scheme may include at least one of an electromagnetic induction scheme, an electromagnetic resonance scheme, and an RF wireless power transmission scheme.
  • wireless power receivers supporting electromagnetic induction can include electromagnetic induction wireless charging technology as defined in the Wireless Power Consortium (WPC) and the Air Fuel Alliance (formerly Power Matters Alliance) have.
  • a wireless power receiver supporting electromagnetic resonance may include a resonant wireless charging technique defined in the Air Fuel Alliance (formerly Alliance for Wireless Power) standard instrument, a wireless charging technology standard organization.
  • a wireless power transmitter and a wireless power receiver that constitute a wireless charging system can exchange control signals or information through in-band communication or BLE (Bluetooth Low Energy) communication.
  • the in-band communication and the BLE communication can be performed by a pulse width modulation method, a frequency modulation method, a phase modulation method, an amplitude modulation method, an amplitude and phase modulation method, and the like.
  • the wireless power receiver may transmit various control signals and information to the wireless power transmitter by generating a feedback signal by switching on / off the current induced through the receiving coil in a predetermined pattern.
  • the information transmitted by the wireless power receiver may include various status information including received power intensity information.
  • the wireless power transmitter can calculate the charging efficiency or the power transmission efficiency based on the received power intensity information.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system in accordance with an embodiment.
  • a wireless charging system includes a wireless power transmitter 10 that wirelessly transmits power, a wireless power receiver 20 that receives transmitted power, and an electronic device 30).
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication in which information is exchanged using the same frequency band as that used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may use out-of-band communication to exchange information using a separate frequency band that is different from the operating frequency used for wireless power transmission .
  • the information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include control information as well as status information of each other.
  • the status information and control information exchanged between the transceivers 10 and 20 will become more apparent through the description of embodiments to be described later.
  • In-band communication and out-of-band communication may provide bidirectional communication, but are not limited thereto, and in other embodiments, may provide unidirectional communication or half duplex communication.
  • the unidirectional communication may be that the wireless power receiver 20 only transmits information to the wireless power transmitter 10, but the wireless power transmitter 10 is not limited to this, Lt; / RTI >
  • the half-duplex communication mode is a communication mode in which bidirectional communication is possible between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10, but is set to enable information transmission by only one device at any one time.
  • the wireless power receiver 20 may acquire various status information of the electronic device 30.
  • the status information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, And is information obtainable from the electronic device 30 and available for wireless power control.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 200 includes a power conversion unit 210, a power transmission unit 220, a wireless charging communication unit 230, a control unit 240, a sensing unit 250, a local communication unit 270 and a wireless communication coil 280. It should be noted that the above-described configuration of the wireless power transmitter 200 is not necessarily an essential configuration, but may be configured to include more or fewer components.
  • the power conversion unit 210 may convert the power to a predetermined intensity.
  • the power conversion unit 210 may include a DC / DC converter 211 and an amplifier 212.
  • the DC / DC converting unit 211 may convert the DC power supplied from the power supply unit 260 into a DC power having a specific intensity according to a control signal of the controller 240.
  • the sensing unit 250 may measure the voltage / current of the DC-converted power and provide the measured voltage / current to the control unit 240.
  • the control unit 240 may adaptively cut off the power supply from the power supply unit 250 or block the power supply to the amplifier 212 based on the voltage / current value measured by the sensing unit 250 .
  • the sensing unit 250 may measure the internal temperature of the wireless power transmitter 200 and may provide the measurement result to the controller 240 in order to determine whether overheating occurs. More specifically, the sensing unit 250 may include one or more temperature sensors. One or more temperature sensors may measure the temperature of the transmit coil of the power transfer section 220.
  • control unit 240 can adaptively cut off the power supply from the power supply unit 250 or block the power supply to the amplifier 212 based on the temperature value measured by the sensing unit 250 .
  • a power cutoff circuit may be further provided at one side of the power conversion unit 210 to cut off power supplied from the power supply unit 250 or to cut off power supplied to the amplifier 212.
  • control unit 240 may adjust the intensity of the power supplied to the power transfer unit 220 based on the temperature value measured by the sensing unit 250. Accordingly, the wireless power transmitter 200 according to the embodiment can prevent the internal circuit from being damaged due to overheating.
  • the amplifier 212 can adjust the intensity of the DC / DC-converted power according to the control signal of the controller 240.
  • the control unit 240 may receive the power reception status information and / or the power control signal of the wireless power receiver (300 of FIG. 3) through the wireless charging communication unit 230 and may receive the received power reception status information or
  • the amplification factor of the amplifier 212 can be dynamically adjusted based on the power control signal.
  • the power reception status information may include, but is not limited to, the intensity information of the rectifier output voltage, the intensity information of the current applied to the reception coil, and the like.
  • the power control signal may include a signal for requesting power increase, a signal for requesting power reduction, and the like.
  • the power transmission unit 220 may be configured to include a multiplexer 221 (or a multiplexer), a wireless charging coil module 222 for controlling the output power of the amplifier 212 to be transmitted to the transmission coil.
  • the wireless charging coil module 222 may include first to nth transmission coils.
  • the power transmission unit 220 may also include a carrier generator (not shown) for generating a specific operating frequency for power transmission .
  • the carrier generator may generate a specific frequency for converting the output DC power of the amplifier 212 transmitted through the multiplexer 221 to AC power having a specific frequency.
  • the AC signal generated by the carrier generator is mixed with the output terminal of the multiplexer 221 to generate AC power.
  • this is merely one embodiment, It should be noted that they may be mixed only or later.
  • the controller 240 may transmit power through time division multiplexing for each transmission coil when a plurality of wireless power receivers are connected. For example, if the wireless power transmitter 200 has three wireless power receivers-i. E., The first through third wireless power receivers, respectively, identified through three different transmit coils, i. E. First through third transmit coils , The control unit 240 controls the multiplexer 221 so that power can be transmitted through a specific transmission coil in a specific time slot. At this time, the amount of power transmitted to the corresponding wireless power receiver can be controlled according to the length of the time slot allocated for each transmission coil, but this is only one embodiment. The amplification rate of the amplifier 212 of the wireless power receiver may be controlled to control the transmission power of each wireless power receiver.
  • the control unit 240 may control the multiplexer 221 so that the detection signals may be sequentially transmitted through the first through n'th transmit coils 222 during the first differential sense signal transmission procedure. At this time, the control unit 240 can identify the time at which the detection signal is transmitted using the timer 255. When the detection signal transmission time comes, the control unit 240 controls the multiplexer 221 so that the detection signal is transmitted through the corresponding transmission coil It can be controlled to be transmitted. For example, the timer 255 may transmit a specific event signal to the control unit 240 at a predetermined period during the ping transmission step. When the event signal is detected, the control unit 240 controls the multiplexer 221 It is possible to control the digital ping to be transmitted through the transmission coil.
  • control unit 240 transmits a transmission coil identifier for identifying a signal strength indicator (Signal Strength Indicator) received through the transmission coil from the demodulation unit 232 during the first detection signal transmission procedure, And receive the received signal strength indicator.
  • the controller 240 controls the multiplexer 221 so that the signal strength indicator can be transmitted only through the transmitting coil (s) You may.
  • the control unit 240 transmits the transmit coil, which receives the signal strength indicator having the largest value,
  • the detection signal may be determined as a transmission coil to be transmitted first, and the multiplexer 221 may be controlled according to the determination result.
  • the modulator 231 may modulate the control signal generated by the controller 240 and transmit the modulated control signal to the multiplexer 221.
  • the modulation scheme for modulating the control signal includes a frequency shift keying (FSK) modulation scheme, a Manchester coding modulation scheme, a phase shift keying (PSK) modulation scheme, a pulse width modulation scheme, A differential bi-phase modulation method, and the like.
  • the demodulator 232 can demodulate the detected signal and transmit the demodulated signal to the controller 240 when a signal received through the transmission coil is detected.
  • the demodulated signal may include a signal strength indicator, an error correction (EC) indicator for power control during wireless power transmission, an end of charge indicator (EOC), an overvoltage / overcurrent / overheat indicator, but is not limited to, various status information for identifying the status of the wireless power receiver.
  • the demodulation unit 232 may identify which demodulated signal is received from which transmission coil, and may provide the control unit 240 with a transmission coil identifier corresponding to the identified transmission coil.
  • the wireless power transmitter 200 may acquire a signal strength indicator through in-band communication that communicates with a wireless power receiver using the same frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 200 can transmit wireless power using the transmit coil 222, as well as exchange various information with the wireless power receiver through the transmit coil 222.
  • the wireless power transmitter 200 may further include a separate coil corresponding to each of the transmit coil 222 (i.e., first to n < th > transmit coils) It should be noted that it may also perform in-band communication with the receiver.
  • the wireless power transmitter 200 may include a short range communication unit 270.
  • the short-range communication unit 270 may perform short-range bidirectional communication through a frequency band different from the frequency band used for wireless power signal transmission.
  • the short-range bidirectional communication may be an NFC (Near Field Communication) method.
  • NFC is one of Radio Frequency IDentification (RFID) technologies and it is a wireless communication technology that transmits various wireless data within a distance of 10cm or less using a frequency of 13.56MHz.
  • the wireless power transmitter 200 may include a wireless communication coil 280 that transmits and receives signals for use in short-distance bidirectional communication with a wireless power receiver.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the structure of a wireless power receiver in conjunction with the wireless power transmitter of FIG.
  • the wireless power receiver 300 includes a wireless charging coil module 310, a rectifier 320, a DC / DC converter 330, a load 340, a sensing unit 350, A wireless charging communication unit 360, a main control unit 370, a short range communication unit 380, and a wireless communication coil 390.
  • the wireless charging communication unit 360 may include at least one of a demodulation unit 361 and a modulation unit 362.
  • the wireless power receiver 300 may include a short range communication unit 380.
  • the short-range communication unit 380 can perform short-range bidirectional communication through a frequency band different from the frequency band used for wireless power signal transmission.
  • the short-range bidirectional communication may be an NFC (Near Field Communication) method.
  • NFC is one of Radio Frequency IDentification (RFID) technologies and it is a wireless communication technology that transmits various wireless data within a distance of 10cm or less using a frequency of 13.56MHz.
  • the wireless power receiver 300 may include a wireless communication coil 390 that transmits and receives signals for use in short-distance bidirectional communication with the wireless power transmitter 200.
  • the AC power received through the wireless charging coil module 310 may be transmitted to the rectifier 320.
  • the rectifier 320 may convert the AC power to DC power and transmit it to the DC / DC converter 330.
  • the DC / DC converter 330 may convert the intensity of the rectifier output DC power to a specific intensity required by the load 340 and then deliver it to the load 340.
  • the wireless charging coil module 310 may include a plurality of reception coils (not shown), that is, first to n-th reception coils.
  • the frequency of the AC power transmitted to each of the reception coils (not shown) may be different from each other.
  • a frequency controller having a function of controlling LC resonance characteristics for different reception coils The resonance frequencies of the respective reception coils can be set differently.
  • the sensing unit 350 may measure the intensity of the DC power output from the rectifier 320 and may provide the measured DC power to the main control unit 370. Also, the sensing unit 350 may measure the intensity of the current applied to the receiving coil 310 according to the wireless power reception, and may transmit the measurement result to the main control unit 370. For example, the main controller 370 may compare the measured rectifier output DC power with a preset reference value to determine whether an overvoltage is generated. As a result of the determination, if an overvoltage occurs, a packet indicating that an overvoltage has occurred can be generated and transmitted to the modulator 362.
  • the signal modulated by the modulating unit 362 may be transmitted to the wireless power transmitter 200 through the receiving coil 310 or a separate coil (not shown).
  • the main controller 370 may determine that the sensing signal is received when the intensity of the rectifier output DC power is equal to or greater than the reference value.
  • the signal strength indicator corresponding to the sensing signal is received by the modulator 362, To be transmitted to the wireless power transmitter 200 via the wireless network.
  • the demodulation unit 361 demodulates the AC power signal between the reception coil 310 and the rectifier 320 or the DC power signal output from the rectifier 320 to identify whether or not the detection signal is received, (370).
  • the main control unit 370 can control the signal strength indicator corresponding to the detection signal to be transmitted through the modulator 362.
  • the sensing unit 350 may measure the internal temperature of the wireless power receiver 300 and provide the measured temperature value to the main control unit 370.
  • the sensing unit 350 may include one or more temperature sensors.
  • One or more temperature sensors may measure the temperature of the receiving coil of the charging coil module 310.
  • the main control unit 370 may determine whether overheating occurs by comparing the measured internal temperature with a reference value. As a result of the determination, if overheating occurs, a packet indicating that overheating has occurred can be generated and transmitted to the modulating unit 362.
  • the signal modulated by the modulating unit 362 may be transmitted to the wireless power transmitter 200 through the receiving coil 310 or a separate coil (not shown).
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to one embodiment.
  • the wireless charging device may be a wireless power transmitter (10 in Figure 1, 200 in Figure 2).
  • a wireless charging apparatus includes a first bracket 400, a first substrate 500, a second bracket 600, a shielding material 605, a wireless charging coil 610, And a substrate 700 as shown in FIG. It should be noted that the configuration of the above-described wireless charging device is not necessarily an essential configuration, but may be configured to include more or fewer components.
  • the first and second substrates 500 and 700 may be a printed circuit board (PCB) or a flexible printed circuit board (FPCB), but the present invention is not limited thereto.
  • PCB printed circuit board
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the first bracket 400 may be fastened to the second bracket 600. That is, the first bracket 400 and the second bracket 600 can be fastened using a bolt such as a screw.
  • the first substrate 500 may be positioned on the first bracket 400.
  • the first substrate 500 may be fastened to the first bracket 400 and / or the second bracket 600.
  • a screw may be fastened to the second bracket 600 through the first bracket 400 and the first substrate 500.
  • the first substrate 500 may be mounted on the lower surface thereof with various kinds of circuit parts for driving or controlling the wireless charging coil 610.
  • the circuit unit includes the multiplexer 221, the wireless charging communication unit 230, the timer 255, the sensing unit 250, and the control unit 240 shown in FIG. 2, and the wireless charging communication unit 360, a main control unit 370, and a sensing unit 350.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first substrate 500 may have a rigid rectangular shape, but the present invention is not limited thereto. Accordingly, the first substrate 500 can support the shielding member 605, the wireless charging coil 610, and the like disposed on the upper surface. The area of the first substrate 500 may be larger than the area of the wireless charging coil 610 and the area of the shielding material 605. A terminal portion 660 may be formed on one side of the first substrate 500. The circuit portion of the first substrate 500 can be electrically connected to the wireless charging coil 610 and the circuit portion of the second substrate 700 using the terminal portion. The terminal portion may be composed of a plurality of pins or pads, but the present invention is not limited thereto.
  • the shielding member 605 may be disposed on the upper surface of the first substrate 500.
  • the shielding member 605 may be disposed on the upper surface of the first substrate 500 in the opening 601 of the second substrate 700.
  • the shielding material 605 may be disposed below the second substrate 700 and above the first substrate 500. In this case, the area of the shielding material 605 may be larger than the area of the opening 601 of the second substrate 700. Therefore, the edge region of the shielding material 605 can overlap with the frame 603 of the second substrate 700.
  • the shielding member 605 may be disposed on the upper portion of the second substrate 700. In this case, the area of the shielding material 605 may be larger than the area of the opening 601 of the second substrate 700. Therefore, the edge region of the shielding material 605 can overlap with the frame 603 of the second substrate 700.
  • the area of the shield 605 may be larger than the area of the wireless charging coil 610.
  • a wireless charging coil 610 may be disposed on the shielding member 605.
  • the wireless charging coil 610 may include one or more wireless charging coils 620-640.
  • the one or more wireless charging coils 620-640 may be one or more transmit coils of the wireless power transmitter or one or more receive coils of the wireless power receiver.
  • each of the wireless charging coils 620 to 640 may be wound with the same number of turns.
  • the present invention is not limited to this, and may be wound in different numbers of turns.
  • the plurality of wireless charging coils 620 to 640 may have the same inductance. However, the present invention is not limited thereto and different inductances may be provided.
  • the plurality of wireless charging coils 620 to 640 may be arranged in one or more layers. More specifically, the plurality of wireless charging coils 620 to 640 may include first to third wireless charging coils 620 to 640.
  • the second wireless charging coil 630 and the third wireless charging coil 640 may be arranged in parallel to each other in the same layer, that is, the first layer.
  • the first wireless charging coil 620 may be disposed in a second layer that is different from the first layer. For example, some areas of the first wireless charging coil 620 may overlap some areas of the second wireless charging coil 630 and other areas may overlap to overlap some areas of the third wireless charging coil 640, It is not limited thereto.
  • the plurality of wireless charging coils 620 to 640 can be arranged in different layers to expand the charging area so that wireless power can be efficiently transmitted.
  • the first wireless charging coil 620 may be disposed in the same layer as the substrate 400.
  • the wireless charging coil 610 may be coated with an insulating material on the outer surface or coated with an insulating layer.
  • the area of the shielding member 605 may be larger than the occupied area of the first to third wireless charging coils 620 to 640.
  • the batch occupied area may be a total area occupied by the first to third wireless charging coils 620 to 640. Therefore, the electromagnetic field generated by the first to third wireless charging coils 620 to 640 may be shielded by the shielding material 605, and may not affect the circuit unit mounted on the first substrate 500 or the outside.
  • the shielding member 605 may be disposed on the lower surface of the wireless charging coil 610.
  • the upper surface of the shielding member 605 may contact the lower surface of the wireless charging coil 610, specifically, the lower surfaces of the second and third wireless charging coils 630 and 640, but this is not limited thereto.
  • an adhesive or an adhesive member is disposed between the upper surface of the shielding material 605 and the lower surfaces of the second and third wireless charging coils 630 and 640 to shield the second and third wireless charging coils 630 and 640, (630, 640) may be fixed.
  • the shielding member 605 can guide the wireless power generated in the wireless charging coil 610 disposed in the upper portion in the charging direction and protect various circuit parts mounted on the lower portion of the first substrate 500 from the electromagnetic field.
  • a second substrate 700 may be disposed on the wireless charging coil 610 or the second bracket 600.
  • the second substrate 700 may be fastened to the second bracket 600 using bolts such as screws.
  • the second and third wireless charging coils 630 and 640 in which the wireless charging coil 610 is disposed in the first layer and the first wireless charging coil 620 are disposed in the second layer on the first layer
  • the total thickness of the first layer and the second layer may be greater than the thickness of the second bracket 600.
  • some regions of both ends of the second bracket 600 may have first and second protrusions 602 and 604 projecting upwardly.
  • the second substrate 700 is fastened to the first and second protrusions protruding from both ends of the second bracket 600, so that at least the upper surface of the first wireless charging coil 620 is located on the lower surface of the second substrate 700 So that damage to the first wireless charging coil 620 due to contact with the lower surface of the second substrate 700 can be prevented.
  • a circuit portion such as the short-range communication units 270 and 380 shown in FIG. 2 or 3 may be mounted on the upper surface of the second substrate 700, for example.
  • the wireless communication coils 280 and 390 may be disposed on the upper surface of the second substrate 700 in a pattern.
  • the wireless communication coils 280 and 390 may have at least one turn number.
  • both ends of the wireless communication coils 280 and 390 can be electrically connected to circuit portions such as the short-range communication units 270 and 380 via via-holes.
  • the circuit portion of the second substrate 700 may be electrically connected to a control portion (240 in Fig. 2) or a main control portion (370 in Fig. 3) mounted on the first substrate 500 using a cable or a bus line .
  • FIG. 5 shows a wireless charging coil according to the embodiment
  • FIG. 6 is an enlarged view of the area A in FIG.
  • the wireless charging coil 50 may include a coil portion 51 and a hollow portion 53.
  • the coil portion 51 may include a plurality of coils 52 wound in a plurality of turns. And the coils 52 may be spaced apart from each other at predetermined intervals.
  • the wireless charging coil 50 may be the wireless charging coils 620, 630, 640 shown in FIG.
  • the hollow portion 53 may be defined inside the coil portion 51.
  • the hollow portion 53 may be an area in which the coil 52 is not disposed.
  • the hollow portion 53 has a plurality of sides having a rectangular shape and may have corner portions having a round shape between the sides.
  • the hollow portion 53 may have various shapes according to the shape in which the coil 52 is wound. For example, it may be formed in the form of a circle, an ellipse, a polygon, or the like.
  • the wireless charging coil 50 includes at least one extension line 55 and 57 extending in at least one direction from the inner end of the coil portion 51 adjacent to the hollow portion 53, 57) at least one bend (54, 56) that is bent at least at one or more points.
  • At least one of the extension lines may include a first extension line 55 extending along a first direction from an inner end of the coil section 51 adjacent to the hollow portion 53, And a second extension line 57 extending along the direction.
  • the second direction is different from the first direction.
  • One inner end of the coil part 51 adjacent to the hollow part 53 may be defined as a point where the side of the hollow part 53 abuts the edge area, but the present invention is not limited thereto.
  • the first extension line 55 may be disposed in one area of the edge region of the hollow portion 53, but is not limited thereto.
  • the second extension line 57 may be disposed perpendicular to the first extension line 55, but is not limited thereto.
  • the first extension line 55 may be referred to as a second extension line 57 and the second extension line 57 may be referred to as a first extension line 55.
  • the at least one bent portion 54, 56 includes a first bent portion 54 bent at one inner end of the coil portion 51 adjacent to the hollow portion 53, And a second bent portion 56 that is bent between the extension lines 57.
  • the first bend portion 54 may be referred to as a second bend portion
  • the second bend portion 56 may be referred to as a first bend portion.
  • the first bent portion 54 may be formed at a position where the sides of the hollow portion 53 and the edge region are in contact with each other.
  • the longitudinal direction of the coil 52 disposed in the hollow portion 53 with respect to the first bent portion 54 can be bent in the first direction.
  • the first direction may be bent in the second direction with respect to the second bent portion 56.
  • the second direction may be a direction perpendicular to the first direction, but is not limited thereto. That is, the second extension line 57 may be bent from the second bent portion 56 and extend along the second direction.
  • the internal angle? Formed by one inner end of the coil section 51 and the first extension line 55 with respect to the first bent section 54 can be 90 degrees or more. Specifically, the internal angle? Formed by the inner end of the coil part 51 and the first extension line 55 with respect to the first bent part 54 can be 130 to 170 degrees. More specifically, the internal angle? Formed by the inner end of the coil portion 51 and the first extension line 55 with respect to the first bent portion 54 can be 150 to 160 degrees.
  • a first extension line 55 disposed along the first direction with respect to the second bent portion 56 may be bent into a second extension line 57 disposed along the second direction.
  • the second direction may be a direction perpendicular to the first direction, but is not limited thereto.
  • the length of the second extension line 57 may be greater than the length of the first extension line 55.
  • the maximum diameter of the hollow portion 53 is D
  • the width of the coil portion 51 is L1
  • the length of the second extension line 57 is L2, as shown in Fig.
  • the width L1 of the coil portion 51 may be defined as the shortest distance from the innermost portion of the coil portion 51 to the outermost portion of the coil portion 51, but this is not limited thereto.
  • the maximum diameter D of the hollow portion 53 can satisfy Equation (1).
  • the maximum diameter D of the hollow portion 53 may be larger than the shortest distance L1 from the innermost portion of the coil portion 51 to the outermost portion of the coil portion 51.
  • the length L2 of the second extension line 57 can satisfy Equation (2).
  • the length L2 of the second extension line 57 may be larger than the shortest distance L1 from the innermost portion of the coil portion 51 to the outermost portion of the coil portion 51.
  • the second extension line 57 may be formed in the hollow portion 53 as long as it will be described later in the manufacturing process. Since the second extension line 57 is formed to be longer than the maximum diameter D of the hollow portion 53 as described above, the second extension line 57 is formed as long as the maximum diameter D of the hollow portion 53, (57) can be made larger than the shortest distance (L1) from the innermost portion of the coil portion (51) to the outermost portion of the coil portion (51). Therefore, one end of the second extension line 57 can be positioned on the outermost side of the coil part 51 as in the embodiment.
  • the length L2 of the second extension line 57 can satisfy Equation (3).
  • the length L2 of the second extension line 57 may be smaller than the maximum diameter D of the hollow portion 53.
  • the length L2 of the second extension line 57 is equal to the maximum diameter of the hollow portion 53 (D), but it is not limited thereto.
  • the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57 and the first and second bent portions 54 and 56 can be formed by using a punching press method as shown in Fig. 7A . Later, the punching press method will be described in detail (Fig. 9A).
  • the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57, and the first and second bent portions 54 and 56 may include a metallic material and may be integrally formed, but the present invention is not limited thereto.
  • the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57 and the first and second bent portions 54 and 56 may be a metal pattern (60a in FIG. 9) or a conductive pattern.
  • the second extension line 57 may be formed along a third direction that is the opposite direction of the second direction.
  • the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57, and the first and second bent portions 54 and 56 made of a metallic material can be surrounded by an insulating film (60b in Fig. 9) .
  • the coil section 51, the first and second extension lines 55, 57 and the first and second bend sections 54, 56 can be enamel coated to form a wireless charging coil 50 .
  • Enamel is a paint prepared by dispersing pigments in a varnish.
  • the enamel may be diluted with a solvent and prepared at an appropriate viscosity.
  • the second extension line 57 disposed along the third direction may be rotated by 180 degrees so that the second extension line 57 is bent along the second direction with respect to the center, and the second extension line 57 may be disposed along the second direction.
  • the bending reference line may be perpendicular to the direction of rotation of the second extension line 57.
  • the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57 and the first and second bent portions 54 and 56 may be surrounded by the insulating film 60b of FIG. 9 by enamel coating.
  • the width of the first extension line 55 may be defined by the first line and the second line.
  • the first line is adjacent to the inside of the coil portion 51 and the second line is located farther from the inside of the coil portion 51 than the first line.
  • a bending reference line for rotating the second extension line 57 in the second bent portion 56 may be defined.
  • the bending reference line of the second bent portion 56 may be defined on the same line as the second line.
  • the second extension line 57 when the second extension line 57 is rotated by 180 degrees with respect to the bending reference line, that is, the first extension line 55, for example, when it is folded, the second extension line 57, (First region, 61) of the first extension line (55) may overlap with the first extension line (55).
  • the second extension line 57 extends from the first area 61 and the first area 61, which overlap the first extension line 55, to the coil part 51 And a second region 61 extending to the outermost outside of the second region 61.
  • the second region 61 may be larger than the shortest distance L1 from the innermost portion of the coil portion 51 to the outermost portion of the coil portion 51.
  • the coil 52 of the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57, the first and second bent portions 54 and 56, and the first and second contact pads 58 and 59 ) May have the same width, but the present invention is not limited thereto.
  • the spacing between the coils 52 of the coil portion 51 may be constant, but is not limited thereto.
  • the wireless charging coil 50 includes a first contact pad 58 connected to the end of the second extension line 57 and a second contact pad 59 connected to one end of the coil portion 51 ).
  • each of the first and second contact pads 58 and 59 may be circular as viewed from above, but may be formed in a square or other shape.
  • the area of the first and second contact pads 58 and 59 is increased so that the first and second contact pads 58 and 59 are electrically connected to the first and second cables or first And the contact resistance can be minimized due to an increase in the bonding area when bonded to one end of each of the second conductors.
  • the diameter (or width) of each of the first and second contact pads 58 and 59 may be greater than the width of the coil 52 of the coil portion 51 or the width of the second extension line 57.
  • the first and second contact pads 58 and 59 may be integrally formed with the coil portion 51, the first and second extension lines 55 and 57,
  • the insulating film (60b in Fig. 9) may not surround the first and second contact pads 58 and 59. 9), and at least the upper surfaces of the first and second contact pads 58 and 59 are in contact with the metal pattern (60a in Fig. 9) You can have exposed surfaces.
  • Fig. 9 illustrates a process for manufacturing a wireless charging coil according to an embodiment.
  • a metal plate can be punched-pressed using a punching press apparatus.
  • a metal plate is placed on a shape frame, and a metal plate is punched-pressed on the metal plate by a punching press apparatus, whereby the coil portion 51 of the wireless charging coil 50, the first and second extension lines 55 and 57 and the first and second bent portions 56 may be removed.
  • the coil portion 51 of the wireless charging coil 50, the first and second extension lines 55 and 57 and the first and second bent portions 54 and 56 can be formed.
  • the formed wireless charging coil 50 may include a metal material.
  • copper (Cu), nickel (Ni), or the like may be used as the metal material.
  • both the coil part 51, the first and second extension lines 55 and 57 and the first and second bent parts 54 and 56 included in the wireless charging coil 50 can include metal materials have.
  • the shape frame may be a frame for forming a wireless charging coil.
  • the shape frame may have a large size so that a plurality of wireless charging coils according to the embodiment can be formed at the same time.
  • the shape frame may have a relief pattern.
  • the metal pattern 60a can be formed by the shape frame having such a relief pattern. That is, by the shape frame, the coil portion 51 of the wireless charging coil 50, the first and second extension lines 55 and 57, the first and second bent portions 54 and 56, The remaining metal plates except for the contact pads 58 and 59 can be removed.
  • the metal pattern 60a shown in Fig. 9A can be formed from the metal plate.
  • the metal pattern 60a includes a coil portion 51 of the wireless charging coil 50, first and second extension lines 55 and 57, first and second bent portions 54 and 56, And may include contact pads 58,59.
  • the coil portion 51 of the wireless charging coil 50, the first and second extension lines 55 and 57, the first and second bent portions 54 and 56, and the first and second contact pads 58 , 59) can be formed simultaneously and integrally.
  • a hollow portion 53 may be formed inside the coil portion 51.
  • the first extension line 55 may have a first bent portion 54 formed at one inner end of the coil portion 51 adjacent to the hollow portion 53.
  • the first extension line 55 extends from the first bent portion 54 to the first bent portion 54,
  • the extension line 55 may extend along the first direction.
  • a second extension line 55, 57 may extend along the third direction different from the first direction to the first extension line 55.
  • the third direction may coincide with the diagonal direction of the hollow portion 53, but it is not limited thereto.
  • the third direction may be a direction perpendicular to the first direction, but is not limited thereto.
  • a second bend 56 may be formed between the first extension line 55 and the second extension line 57.
  • a first contact pad 58 may be formed at the end of the second extension line 57 and a second contact pad 59 may be formed at the other end of the coil portion 51.
  • a first bent portion 54 is formed at one inner end of the coil portion 51 adjacent to the hollow portion 53, and a first extended line 55 is formed along the first direction from the first bent portion 54, And a second bent portion 56 may be formed on one side of the first extension line 55.
  • a second extension line 57 may be formed along the diagonal direction (third direction) of the hollow portion 53 from the second bent portion 56.
  • the shape frame includes the coil part 51, the first and second extension lines 55 and 57, the first and second bent parts 54 and 56, It may have an engraved pattern corresponding to the contact pads 58 and 59,
  • the metal pattern 60a is enamel-coded as shown in FIG. 9B to form the insulating film 60b surrounding the metal pattern 60a.
  • the insulating material may be hardened after being applied to the surface of the metal pattern 60a a plurality of times.
  • the enamel coating may not be performed on the first and second contact pads 58 and 59.
  • the first and second contact pads 58 and 59 are not surrounded by the insulating film 60b and the surface of the metal pattern 60a constituting the first and second contact pads 58 and 59 is directly And can be exposed to the outside.
  • the second extension line 57 is rotated about the second bend 56 to form a first contact pad 58 connected to the end of the second extension line 57 And may be disposed on the outer side of the coil portion 51.
  • the second extension line 57 disposed along the third direction is disposed along the second direction, which is opposite to the third direction,
  • the line 57 can be rotated 180 degrees around the bending reference line of the second bent portion 56.
  • the second extension line 57 can be disposed across the coil section 51 from the second bent section 56 located inside the hollow section 53.
  • the first contact pad 58 connected to the end of the second extension line 57 across the coil part 51 may be disposed outside the coil part 51.
  • the first contact pad 58 may be disposed adjacent to the second contact pad 59 connected to one end of the coil portion 51, but the present invention is not limited thereto.
  • At least one bent portion 54, 56 and at least one extension line 55, 57 are disposed in the hollow portion 53, including the coil portion 51 and the hollow portion 53
  • the extension line 57 of one of the extension lines 55 and 57 has a wireless charging coil 50 disposed outside the coil portion 51 across the coil portion 51 from the hollow portion 53 .
  • Such a wireless charging coil 50 can be mass-produced by the same method.
  • a plurality of wireless charging coils 50a, 50b, and 50c may be attached on the shield 63.
  • the plurality of wireless charging coils 50a, 50b, and 50c may be modularized by the housing, but this is not limitative.
  • the plurality of wireless charging coils 50a, 50b, and 50c may be disposed on at least one layer. For example, first and second wireless charging coils 50a and 50b adjacent to each other are disposed on the first layer, and a third wireless charging coil 50c is disposed on the second layer positioned on the first layer, And can be disposed so as to overlap with the second wireless charging coils 50a and 50b.
  • the plurality of wireless charging coils 50a, 50b, and 50c and the shielding material 63 may be manufactured by modularization, but the present invention is not limited thereto.
  • the first contact pad 58 connected to the first and second extension lines 55, 57 and the second extension line 57 is manufactured at the same time when the coil portion 51 is manufactured, The time can be shortened and the process material cost can be reduced.
  • the insulation film is surrounded by the second extension line 57 overlapping at least the coil section 51, so that the short circuit between the coil section 51 and the second extension line 57 can be prevented.
  • the wireless charging coil 50 according to the embodiment has the advantage that the same performance (efficiency) as that of the conventional FPCB type coil can be realized at a very low cost.
  • the wireless charging coil 50 has been described as a transmission coil to be mounted in a wireless power transmitter (10 in Fig. 1, 200 in Fig. 2).
  • the embodiment of the wireless charging coil 50 may be used as a receiving coil mounted in a wireless power receiver (20 in Figure 1, 300 in Figure 3).
  • FIG. 10 is a view for explaining a structure of a multimode antenna module mounted in a wireless power receiver according to an embodiment.
  • the multimode antenna module 300 includes a printed circuit board 360, a first antenna 310, a second antenna 320, a third antenna 330, a first connection terminal 340, And a second connection terminal 350.
  • the first antenna 310 may be the wireless charging coil 50 of the embodiment.
  • the multimode antenna module 300 includes a printed circuit board 360, a first antenna 310 that is pattern printed and disposed in a central region of the printed circuit board 360 for wireless charging, A second antenna 320 disposed in a pattern printed on the outer periphery of the first antenna 310 for short range wireless communication and a second antenna 320 disposed on the outer side of the second antenna 320 for the second short range wireless communication, A first connection terminal 340 and a second antenna 320 for connecting both ends of the first connection pattern corresponding to the first antenna 310, And a second connection terminal 350 for connecting both ends of the second through third connection patterns corresponding to the three antennas 330, respectively.
  • first connection terminal 340 and the second connection terminal 350 may be physically separated from the printed circuit board 350.
  • the first connection terminal 340 and the second connection terminal 350 may be physically and electrically connected to the printed circuit board 360 such that the first connection pattern does not overlap the second antenna 320 and the third antenna 330. [ And can be separately arranged.
  • connection pattern of each antenna may be formed of a lead wire extending from both ends of the antenna, or may be branched at a specific position of the antenna.
  • connection patterns of the respective antennas and the positions at which the connection terminals are disposed may be arranged such that the length of the connection pattern is minimized.
  • the first local area wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST) and the second local area wireless communication may be Near Field Communication (NFC).
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • NFC Near Field Communication
  • the MST operates in the 3.24 MHz band and the NFC operates in the 13.56 MHz band.
  • the first short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC) and the second short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST).
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • the first short range wireless communication and the second short range wireless communication correspond to any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, UWB (Ultra Wideband) communication, MST communication, Apple Pay communication and Google Pay communication .
  • a pattern of the corresponding antenna may be disposed on the printed circuit board 360 such that a separation distance between the second antenna 320 and the third antenna 330 is maintained at least 1 millimeter (mm) or more.
  • the second antenna 320 and the third antenna 330 may be mounted on the printed circuit board 300 so that the deviation from the separation distance between the second antenna 320 and the third antenna 330 is maintained below a predetermined first reference value, 360, respectively.
  • a pattern of the corresponding antenna may be disposed on the printed circuit board 360 such that a distance between the first antenna 310 and the second antenna 320 is maintained at least 0.5 millimeter (mm) or more.
  • the first antenna 310 and the second antenna 320 may be mounted on a printed circuit board (not shown) so that the deviation of the distance between the first antenna 310 and the second antenna 320 is maintained below a predetermined second reference value. 360, respectively.
  • the first antenna 310 may be pattern printed on both sides of the printed circuit board 360, and patterns printed on both sides through through holes (not shown) Can be conducted. Through this, the resistance component of the first antenna can be reduced, and the reception sensitivity of the antenna can be improved accordingly.
  • the second antenna 320 may be pattern printed on both sides of the printed circuit board 360, and a pattern printed on both sides through a through hole (not shown) disposed on the printed circuit board 360 They can be interconnected.
  • the resistance component of the second antenna can be reduced, and thus the receiving sensitivity of the antenna can be improved.
  • the third antenna 330 may be pattern printed on both sides of the printed circuit board 360, and may be pattern printed on both sides through a through hole (not shown) disposed on the printed circuit board 360 Can be interconnected.
  • the resistance component of the third antenna can be reduced, and the receiving sensitivity of the antenna can be improved accordingly.
  • At least one of the first antenna 310, the second antenna 320, and the third antenna 330 may be pattern-printed on both sides of the printed circuit board 360, The corresponding antenna patterns printed on both sides through the through holes (not shown) arranged in the antenna 360 can be conducted to each other. Through this, the resistance component of the antenna can be reduced, and the receiving sensitivity of the antenna can be improved accordingly.
  • the first antenna 310 may be printed on the printed circuit board 360 in a circular pattern having a predetermined inner diameter, and the first connection terminal may be disposed outside the inner diameter , which is only one embodiment.
  • the present invention can be used in the field of wireless power transmission and reception.

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Abstract

무선충전코일은 코일부와, 코일부 내측에 위치한 중공부와, 중공부에 인접한 코일부의 내측 일단이 절곡되는 제1 절곡부로부터 연장되는 제1 연장라인을 포함한다. 제1 연장 라인은 코일부의 상기 제1 절곡부와 중첩되는 제1 영역 및 코일부와 중첩되는 제2 영역을 포함할 수 있다.

Description

무선충전코일, 그 제조방법 및 이를 구비한 무선충전장치
실시예는 무선충전코일, 그 제조방법 및 이를 구비한 무선충전장치에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 “무선충전시스템”이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선충전시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선충전시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.
일반적으로 무선충전시스템은 무선전력전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력송신기와 무선전력송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선전력수신기로 구성된다.
종래의 무선충전용 코일은 FPCB 타입으로 구성되어 차폐재를 붙히는 형태로 형성되었다.
통상적으로, 무선충전의 충전효율을 결정짓는 코일 인자는 인덕턴스(L), 저항(R), Q이다.
FPCB형태의 코일은 디자인 자율도 및 도금을 하는 형태이므로 L값과 R(저항)의 특성이 좋으며, 또한 인덕턴스와 캐패시턴스 값의 확보가 용이하여 Q값 특성도 좋다.
하지만, 종래의 무선충전용 코일은 고가의 재료비 및 가공비로 인하여 제품단가가 높다는 단점을 가지고 있다.
이에 따라, 종래의 무선충전용 코일을 대체하기 위한 새로운 코일이 절실이 요구된다.
한편, 종래의 무선충전용 코일 중에서 동판을 프레싱(press)하여 형성되는 타입은 낮은 재료비로 인하여 연구가 많이 되고 있지만, 제품 형태상 별도의 접촉단자를 제작하여 코일에 연결해야 하므로 공정이 복잡해지고 추가 재료비도 높아지는 문제점이 발생한다.
실시예는 새로운 구조의 무선충전코일을 제공한다.
실시예는 공정이 단순하고 재료비가 절감되는 무선충전코일의 제조방법을 제공한다.
실시예는 상기 무선충전코일을 구비한 무선충전장치를 제공한다.
실시예에 따른 무선충전코일은, 코일부; 상기 코일부 내측에 위치한 중공부; 및 상기 중공부에 인접한 상기 코일부의 내측 일단이 절곡되는 제1 절곡부로부터 연장되는 제1 연장라인을 포함한다. 상기 제1 연장 라인은 상기 코일부의 상기 제1 절곡부와 중첩되는 제1 영역 및 상기 코일부와 중첩되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 코일부와 상기 코일부 내측에 위치한 중공부를 포함하는 무선충전코일을 제조하기 위한 방법은, 금속판을 펀칭 프레스하여 금속패턴을 형성하는 단계 -상기 금속패턴은 상기 코일부의 코일, 상기 중공부에 인접한 상기 코일부의 내측 일단이 절곡되는 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부로부터 연장되는 제1 연장라인을 포함함-; 상기 금속패턴을 둘러싸는 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 제1 절곡부를 중심으로 상기 제1 연장라인을 회전시켜 상기 제1 연장라인을 상기 코일부와 중첩시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 무선충전장치는, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 다수의 무선충전코일; 및 상기 인쇄회로기판과 상기 무선충전코일 사이에 배치되는 차폐재를 포함한다. 무선충전코일은, 코일부; 상기 코일부 내측에 위치한 중공부; 및 상기 중공부에 인접한 상기 코일부의 내측 일단이 절곡되는 절곡부로부터 연장되는 연장라인을 포함할 수 있다. 상기 연장 라인은 상기 코일부의 상기 절곡부와 중첩되는 제1 영역 및 상기 코일부와 중첩되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 및 제2 연장라인 및 제2 연장라인에 접속되는 제 접촉패드가 코일부가 제조될 때 동시에 제조됨으로써, 공정시간이 단축되고 공정 재료비가 감소될 수 있다.
실시예에 따르면, 적어도 코일부와 중첩되는 제2 연장라인이 절연막이 둘러싸여짐으로써, 코일부와 제2 연장라인의 쇼트가 방지될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선충전시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 무선전력송신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 무선전력송신기와 연동되는 무선전력수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 실시예에 따른 무선충전장치의 분해사시도이다.
도 5는 실시예에 따른 무선충전코일을 도시한다.
도 6는 도 5의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 7은 제1 연장라인을 절곡하는 모습을 설명한다.
도 8은 실시예에 따른 무선충전코일의 사이즈를 설명한다.
도 9는 실시예에 따른 무선충전코일을 제조하는 공정을 설명한다.
도 10은 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선전력 충전 시스템상에서 무선전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선전력송신기, 무선전력 송신 장치, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선전력전송 장치, 무선전력전송이기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선전력 송신 장치로부터 무선전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선전력 수신 장치, 무선전력수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시예에 따른 무선충전장치는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스탠드(stand) 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선전력 수신 장치에 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선전력송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
실시예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선전력수신기가 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선전력수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
실시예에 따른 무선전력수신기는 적어도 하나의 무선전력전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선전력송신기로부터 동시에 무선전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선전력전송 방식은 전자기유도 방식, 전자기공진 방식, RF 무선전력전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 전자기유도 방식을 지원하는 무선전력수신기는 무선충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기유도 방식의 무선충전 기술을 포함할 수 있다. 또한 전자기공진 방식을 지원하는 무선전력수신기는 무선충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선충전 기술을 포함할 수 있다.
일반적으로, 무선충전시스템을 구성하는 무선전력송신기와 무선전력수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스폭변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수변조 방식, 위상변조 방식, 진폭변조 방식, 진폭 및 위상변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선전력수신기는 수신코일을 통해 유도된 전류를 기 설정된 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선전력송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선전력수신기에 의해 전송되는 정보는 수신전력세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선전력송신기는 수신전력세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선충전시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 무선충전시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선전력송신기(10), 송출된 전력을 수신하는 무선전력수신기(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선전력송신기(10)과 무선전력수신기(20)은 무선전력전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선전력송신기(10)과 무선전력수신기(20)은 무선전력전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기(10)과 무선전력수신기(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 송수신기(10, 20) 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식(half duplex) 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선전력수신기(20)이 무선전력송신기(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선전력송신기(10)이 무선전력수신기(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선전력수신기(20)과 무선전력송신기(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능하도록 설정된 통신을 말한다.
실시예에 따른 무선전력수신기(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
도 2는 실시예에 따른 무선전력송신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선전력송신기(200)는 크게, 전력변환부(210), 전력전송부(220), 무선충전 통신부(230), 제어부(240), 센싱부(250), 근거리통신부(270) 및 무선통신코일(280)을 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 무선전력송신기(200)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전력변환부(210)는 전원부(260)로부터 전원이 공급되면, 이를 기 설정된 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력변환부(210)는 DC/DC 변환부(211) 및 증폭기(212)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(211)는 전원부(260)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(240)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(250)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(240)에 제공할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 센싱부(250)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(250)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 센싱부(250)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선전력송신기(200)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(240)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 센싱부(250)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 전력전송부(220)의 송신코일의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 센싱부(250)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(250)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(210)의 일측에는 전원부(250)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(212)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다. 다른 예로, 제어부(240)는 센싱부(250)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 전력전송부(220)에 제공되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 무선전력송신기(200)는 과열로 인해 내부 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
증폭기(212)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(240)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 무선충전 통신부(230)를 통해 무선전력수신기(도 3의 300)의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(212)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전력전송부(220)는 증폭기(212)의 출력 전력이 송신코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(221)(또는 멀티플렉서), 무선충전코일모듈(222)을 포함하여 구성될 수 있다. 무선충전코일모듈(222)은 제1 내지 제n 송신코일-을 포함하여 구성될 수 있다 또한, 전력전송부(220)는 전력 전송을 위한 특정 동작 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
반송파 생성기는 다중화기(221)를 통해 전달 받은 증폭기(212)의 출력 DC 전력을 특정 주파수를 갖는 AC 전력으로 변환하기 위한 특정 주파수를 생성할 수 있다. 이상의 설명에서는 반송파 생성기에 의해 생성된 교류 신호가 다중화기(221)의 출력단에 믹싱되어 교류 전력이 생성되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 증폭기(212) 이전단 또는 이후단에 믹싱될 수도 있음을 주의해야 한다.
실시예에 따른 제어부(240)는 복수의 무선전력수신기가 연결된 경우, 송신코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선전력송신기(200)에 3개의 무선전력수신기-즉, 제1 내지 3 무선전력수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신코일-즉, 제1 내지 3 송신코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(240)는 다중화기(221)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신코일을 통해 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선전력수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신코일 별 할당된 타임 슬롯 동안의 증폭기(212) 증폭률을 제어하여 무선전력수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신코일(222)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(221)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(240)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(255)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(221)를 제어하여 해당 송신코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(255)는 핑 전송 단계 동안 기 설정된 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(240)에 송출할 수 있으며, 제어부(240)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 다중화기(221)를 제어하여 해당 송신코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(232)로부터 어느 송신코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 송신코일 식별자 및 해당 송신코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(221)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(221)를 제어할 수도 있다.
변조부(231)는 제어부(240)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(221)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스폭변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(232)는 송신코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(240)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선전력전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선전력수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(232)는 복조된 신호가 어느 송신코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신코일에 상응하는 송신코일 식별자를 제어부(240)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 무선전력송신기(200)는 무선전력전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선전력수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선전력송신기(200)는 송신코일(222)을 이용하여 무선전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신코일(222)을 통해 무선전력수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선전력송신기(200)는 송신코일(222)-즉, 제1 내지 제n 송신코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선전력수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
또한, 무선전력송신기(200)는 근거리통신부(270)를 포함할 수 있다. 근거리통신부(270)는 무선전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication) 방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency IDentification; RFID) 기술 중의 하나로 13.56MHz의 주파수를 이용하여 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선통신 기술이다.
또한, 무선전력송신기(200)는 무선전력수신기와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신하는 무선통신코일(280)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 무선전력송신기와 연동되는 무선전력수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선전력수신기(300)는 무선충전코일모듈(310), 정류기(320), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 330), 부하(340), 센싱부(350), 무선충전 통신부(360), 주제어부(370), 근거리통신부(380), 무선통신코일(390)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 무선충전 통신부(360)는 복조부(361) 및 변조부(362) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 무선전력수신기(300)는 근거리통신부(380)를 포함할 수 있다. 근거리통신부(380)는 무선전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication) 방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency IDentification; RFID) 기술 중의 하나로 13.56MHz의 주파수를 이용하여 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선통신 기술이다.
또한, 무선전력수신기(300)는 무선전력송신기(200)와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신하는 무선통신코일(390)을 포함할 수 있다.
무선충전코일모듈(310)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(320)에 전달할 수 있다. 정류기(320)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(330)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(330)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(340)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(340)에 전달할 수 있다. 또한 무선충전코일모듈(310)은 복수의 수신코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
센싱부(350)는 정류기(320) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(370)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(350)는 무선전력 수신에 따라 수신코일(310)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(370)에 전송할 수도 있다. 일 예로, 주제어부(370)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 기 설정된 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 패킷을 생성하여 변조부(362)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(362)에 의해 변조된 신호는 수신코일(310) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선전력송신기(200)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(370)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(362)를 통해 무선전력송신기(200)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(361)는 수신코일(310)과 정류기(320) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(320) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(370)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(370)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(362)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 센싱부(350)는 무선전력수신기(300)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(370)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 센싱부(350)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 충전 코일 모듈(310)의 수신코일의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 주제어부(370)는 측정된 내부 온도가 기준치와 비교하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과열이 발생된 경우, 과열이 발생되었음을 알리는 패킷을 생성하여 변조부(362)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(362)에 의해 변조된 신호는 수신코일(310) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선전력송신기(200)에 전송될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선충전장치의 분해사시도이다.
무선충전장치는 무선전력송신기(도 1의 10, 도 2의 200) 일 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선충전장치는 제1 브라켓(400), 제1 기판(500), 제2 브라켓(600), 차폐재(605), 무선충전코일(610) 및 제2 기판(700)을 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 무선충전장치의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
제1 및 제2 기판(500, 700)은 인쇄회로기판(PCB) 또는 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 브라켓(400)은 제2 브라켓(600)과 체결될 수 있다. 즉, 나사와 같은 볼트류를 이용하여 제1 브라켓(400)과 제2 브라켓(600)이 체결될 수 있다.
제1 기판(500)은 제1 브라켓(400) 상에 위치될 수 있다. 제1 기판(500)은 제1 브라켓(400) 및/또는 제2 브라켓(600)에 체결될 수 있다. 예컨대, 나사가 제1 브라켓(400)과 제1 기판(500)을 관통하여 제2 브라켓(600)에 체결될 수 있다.
제1 기판(500)의 하면에는 무선충전코일(610)을 구동하거나 제어하기 위한 각 종 회로부가 실장될 수 있다. 예컨대, 회로부로는 도 2에 도시된 다중화기(221), 무선충전통신부(230), 타이머(255), 센싱부(250), 제어부(240)가 있고, 도 3에 도시된 무선충전통신부(360), 주제어부(370), 센싱부(350)가 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 기판(500)은 리지드(rigid)한 사각 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 따라서, 제1 기판(500)은 상면에 배치되는 차폐재(605), 무선충전코일(610) 등을 지지할 수 있다. 또한, 제1 기판(500)의 면적은 무선충전코일(610)의 면적, 차폐재(605)의 면적 보다 클 수 있다. 제1 기판(500)의 일측에는 단자부(660)를 포함할 수 있다. 단자부를 이용하여 제1 기판(500)의 회로부는 무선충전코일(610) 및 제2 기판(700)의 회로부에 전기적으로 접속될 수 있다. 단자부는 다수의 핀이나 패드로 이루어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
차폐재(605)가 제1 기판(500)의 상면 상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 차폐재(605)가 제1 기판(500)의 상면에 제2 기판(700)의 개구부(601) 내에 배치될 수 있다. 다른 예로, 차폐재(605)가 제2 기판(700)의 하부 그리고 제1 기판(500)의 상부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 차폐재(605)의 면적은 제2 기판(700)의 개구부(601)의 면적보다 클 수 있다. 따라서, 차폐재(605)의 에지 영역은 제2 기판(700)의 프레임(603)과 중첩될 수 있다. 또 다른 예로, 차폐재(605)가 제2 기판(700)의 상부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 차폐재(605)의 면적은 제2 기판(700)의 개구부(601)의 면적보다 클 수 있다. 따라서, 차폐재(605)의 에지 영역은 제2 기판(700)의 프레임(603)과 중첩될 수 있다.
무선충전코일(610)의 자기장을 충분히 차폐하기 위해 차폐재(605)의 면적은 무선충전코일(610)의 면적보다 클 수 있다.
차폐재(605) 상에 무선충전코일(610)이 배치될 수 있다. 무선충전코일(610)은 하나 이상의 무선충전코일(620 내지 640)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 무선충전코일(620 내지 640)은 무선전력송신기의 하나 이상의 송신코일이거나 무선전력수신기의 하나 이상의 수신코일일 수 있다. 또한, 무선충전코일(610)이 복수일 경우, 각각의 무선충전코일(620 내지 640)은 동일한 턴 수로 감겨있을 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 턴 수로 감겨 있을 수 있다. 또한, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)은 동일한 인덕턴스를 구비할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 인덕턴스를 구비할 수 있다. 또한, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)은 하나 이상의 층으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)은 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)을 포함할 수 있다. 제2 무선충전코일(630)과 제3 무선충전코일(640)은 동일한 층 즉, 제1 층에 서로 나란하게 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 무선충전코일(620)은 제1 층과 상이한 제2 층에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 무선충전코일(620)의 일부 영역은 제2 무선충전코일(630)의 일부 영역과 중첩되고 다른 영역은 제3 무선충전코일(640)의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같이, 복수의 무선충전코일(620 내지 640)을 서로 다른 층에 배치하여 무선전력을 효율적으로 전달할 수 있도록 충전영역을 확장시킬 수 있다. 특히, 제1 무선충전코일(620)은 기판(400)과 동일한 층에 배치될 수 있다.
무선충전코일(610)은 외면에 절연 물질로 코팅되거나 절연층으로 피복될 수 있다.
차폐재(605)의 면적은 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)의 배치 점유 면적보다 클 수 있다. 배치 점유 면적이라 함은 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)이 차지하고 있는 총 면적일 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 무선충전코일(620 내지 640)에 의해 발생된 전자기장이 차폐재(605)에 의해 차폐되어 제1 기판(500)에 실장된 회로부나 외부에 영향을 주지 않을 수 있다.
차폐재(605)는 무선충전코일(610)의 하면에 배치될 수 있다. 차폐재(605)의 상면은 무선충전코일(610)의 하면, 구체적으로 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)의 하면에 접할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 차폐재(605)의 상면과 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)의 하면 사이에는 접착제 또는 접착부재(미도시)가 배치되어 차폐재(605)에 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)이 고정될 수 있다. 차폐재(605)는 상부에 배치된 무선충전코일(610)에서 발생된 무선전력을 충전 방향으로 가이드 할 수 있고, 제1 기판(500)의 하부에 실장되는 각종 회로부를 전자기장으로부터 보호할 수 있다.
무선충전코일(610) 또는 제2 브라켓(600) 상에는 제2 기판(700)이 배치될 수 있다. 제2 기판(700)은 나사와 같은 볼트류를 이용하여 제2 브라켓(600)에 체결될 수 있다.
예컨대, 무선충전코일(610)이 제1 층에 배치되는 제2 및 제3 무선충전코일(630, 640)과 제1 층 위의 제2 층에 제1 무선충전코일(620)이 배치되는 경우, 제1 층과 제2 층의 전체 두께가 제2 브라켓(600)의 두께보다 클 수 있다. 이를 위해, 제2 브라켓(600)의 양단의 일부 영역은 상부로 돌출된 제1 및 제2 돌출부(602, 604)를 가질 수 있다. 따라서, 제2 기판(700)은 제2 브라켓(600)의 양단에 돌출된 제1 및 제2 돌출부에 체결됨으로써, 적어도 제1 무선충전코일(620)의 상면이 제2 기판(700)의 하면과 접촉되지 않게 되어, 제2 기판(700)의 하면과의 접촉으로 인한 제1 무선충전코일(620)의 파손을 방지할 수 있다.
제2 기판(700)의 상면에는 예컨대, 도 2 또는 도 3에 도시된 근거리통신부(270, 380)과 같은 회로부가 실장될 수 있다. 또한, 제2 기판(700)의 상면에는 무선통신코일(280, 390)이 패턴으로 배치될 수 있다. 무선통신코일(280, 390)은 적어도 1회 이상의 턴수를 가질 수 있다. 도시되지 않았지만, 무선통신코일(280, 390)의 양단은 비아홀을 통해 근거리통신부(270, 380)와 같은 회로부와 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 제2 기판(700)의 회로부는 예컨대, 케이블이나 버스라인을 이용하여 제1 기판(500)에 실장된 제어부(도 2의 240)나 주제어부(도 3의 370)에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 무선충전코일을 도시하고, 도 6는 도 5의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 무선충전코일(50)은 코일부(51)와 중공부(53)를 포함할 수 있다. 코일부(51)는 다수의 권수로 감겨진 다수의 코일(52)을 포함할 수 있다. 코일(52) 간에는 기 설정된 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 무선충전코일(50)은 도 4에 도시된 무선충전코일(620, 630, 640)일 수 있다.
중공부(53)는 코일부(51)의 내측에 정의될 수 있다. 중공부(53)는 코일(52)이 배치되지 않는 영역일 수 있다.
중공부(53)는 사각 형상을 갖는 다수의 변을 가지며, 변 사이에서 라운드 형상을 갖는 모서리영역을 가질 수 있다.
실시예에 따른 중공부(53)는 코일(52)이 권선되는 형태에 따라 다양한 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 원형, 타원형, 다각형 등의 형태로 형성될 수 있다.
실시예에 따른 무선충전코일(50)은 중공부(53)에 인접한 코일부(51)의 내측 일단으로부터 적어도 하나 이상의 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 연장라인(55, 57)과 연장라인(55, 57)의 적어도 하나 이상의 지점에서 절곡되는 적어도 하나 이상의 절곡부(54, 56)를 포함할 수 있다.
예컨대, 적어도 하나 이상의 연장라인은 중공부(53)에 인접한 코일부(51)의 내측 일단으로부터 제1 방향을 따라 연장되는 제1 연장라인(55)과, 제1 연장라인(55)으로부터 제2 방향을 따라 연장되는 제2 연장라인(57)을 포함할 수 있다. 제2 방향은 제1 방향과 상이하다.
중공부(53)에 인접한 코일부(51)의 내측 일단은 중공부(53)의 변과 모서리영역이 접하는 지점으로 정의될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 연장라인(55)은 중공부(53)의 모서리영역의 일 영역에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 연장라인(57)은 제1 연장라인(55)과 수직으로 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 이와 달리 제1 연장라인(55)은 제2 연장라인(57)으로 그리고 제2 연장라인(57)은 제1 연장라인(55)으로 명명될 수도 있다.
예컨대, 적어도 하나 이상의 절곡부(54, 56)는 중공부(53)에 인접한 코일부(51)의 내측 일단에서 절곡되는 제1 절곡부(54)와, 제1 연장라인(55)과 제2 연장라인(57) 사이에서 절곡되는 제2 절곡부(56)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 제1 절곡부(54)는 제2 절곡부로 그리고 제2 절곡부(56)는 제1 절곡부로 명명될 수도 있다.
제1 절곡부(54)는 중공부(53)의 변과 모서리영역이 접하는 지점에 형성될 수 있다. 제1 절곡부(54)를 기준으로 중공부(53)에 배치되는 코일(52)의 길이 방향이 제1 방향으로 절곡될 수 있다.
제2 절곡부(56)를 기준으로 제1 방향이 제2 방향으로 절곡될 수 있다. 제2 방향은 제1 방향에 수직인 방향일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 제2 연장라인(57)은 제2 절곡부(56)으로부터 절곡되어 제2 방향을 따라 연장될 수 있다.
제1 절곡부(54)를 기준으로 코일부(51)의 내측 일단과 제1 연장라인(55) 에 의해 형성되는 내각(θ)은 90°이상일 수 있다. 구체적으로, 제1 절곡부(54)를 기준으로 코일부(51)의 내측 일단과 제1 연장라인(55) 에 의해 형성되는 내각(θ)은 130° 내지 170°일 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1 절곡부(54)를 기준으로 코일부(51)의 내측 일단과 제1 연장라인(55) 에 의해 형성되는 내각(θ)은 150° 내지 160°일 수 있다.
제2 절곡부(56)를 기준으로 제1 방향을 따라 배치된 제1 연장라인(55)이 제2 방향을 따라 배치된 제2 연장라인(57)으로 절곡될 수 있다. 제2 방향은 제1 방향에 수직인 방향일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제2 연장라인(57)의 길이는 제1 연장라인(55)의 길이보다 클 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 중공부(53)의 최대직경을 D라 하고, 코일부(51)의 너비를 L1이라 하며, 제2 연장라인(57)의 길이를 L2라 한다. 코일부(51)의 너비(L1)은 코일부(51)의 최내측으로부터 코일부(51)의 최외측까지의 최단거리로 정의될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이러한 경우, 중공부(53)의 최대직경(D)은 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
D>L1
즉, 중공부(53)의 최대직경(D)은 코일부(51)의 최내측으로부터 코일부(51)의 최외측까지의 최단거리(L1)보다 클 수 있다.
제2 연장라인(57)의 길이(L2)는 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
L2>L1
즉, 제2 연장라인(57)의 길이(L2)는 코일부(51)의 최내측으로부터 코일부(51)의 최외측까지의 최단거리(L1)보다 클 수 있다.
중공부(53)가 최대직경(D)을 가질 때, 나중에 제조 공정에서 설명하겠지만 그 중공부(53) 내에 제2 연장라인(57)이 최대로 길게 형성될 수 있다. 이와 같이 제2 연장라인(57)이 중공부(53)의 최대직경(D)만큼 길게 형성되므로, 수학식 2로부터 이와 같이 중공부(53)의 최대직경(D)만큼 길게 형성된 제2 연장라인(57)이 코일부(51)의 최내측으로부터 코일부(51)의 최외측까지의 최단거리(L1)보다 크게 될 수 있다. 따라서, 실시예와 같이 제2 연장라인(57)의 일단이 코일부(51)의 최외측의 외측에 위치될 수 있다.
아울러, 제2 연장라인(57)의 길이(L2)는 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
L2<D
즉, 제2 연장라인(57)의 길이(L2)는 중공부(53)의 최대직경(D)보다 작을 수 있다. 다시 말해, 제2 연장라인(57)은 나중에 제조 공정에서 설명하겠지만 중공부(53) 내에서 형성될 수 있으므로, 제2 연장라인(57)의 길이(L2)는 중공부(53)의 최대직경(D)보다 작을 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)가 펀칭 프레스 방식을 이용하여 형성될 수 있다. 나중에 펀칭 프레스 방식에 대해서 상세히 설명한다(도 9a). 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)는 금속 물질을 포함하고 일체로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)는 금속패턴(도 9의 60a) 또는 도전패턴일 수 있다.
제2 연장라인(57)은 제2 방향의 반대 방향인 제3 방향을 따라 형성될 수 있다.
이후, 금속물질로 이루어진 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)는 절연막(도 9의 60b)으로 둘러싸여질 수 있다.
예컨대, 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)는 에나멜(enamel) 코팅되어 무선충전코일(50)이 될 수 있다. 에나멜은 바니시에 안료를 분산시켜 작성한 도료이다. 통상적으로, 제품에 적용될 때, 에나멜이 용제(溶劑)로 희석되어 적당한 점도로 조제될 수 있다.
도 7b에 도시한 바와 같이, 이와 같이 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)이 에나멜 코팅된 후, 절곡기준선을 중심으로 제2 방향으로 절곡되도록 제3 방향을 따라 배치된 제2 연장라인(57)이 180° 회전되어 제2 연장라인(57)은 제2 방향을 따라 배치될 수 있다. 절곡 기준선은 제2 연장라인(57)의 회전 방향에 수직일 수 있다. 에나밀 코팅에 의해 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)이 절연막(도 9의 60b)으로 둘러싸일 수 있다.
제1 연장라인(55)의 폭은 제1 라인과 제2 라인에 의해 정의될 수 있다. 제1 라인은 코일부(51)의 내측에 인접하며, 제2 라인은 제1 라인보다 코일부(51)의 내측으로부터 더 먼 거리에 위치될 수 있다. 이러한 경우, 제2 절곡부(56)에 제2 연장라인(57)을 회전시키기 위한 절곡기준선이 정의될 수 있다. 예컨대, 제2 절곡부(56)의 절곡기준선은 제2 라인과 동일 라인 상에 정의될 수 있다.
이러한 경우, 절곡기준선, 즉 제1 연장라인(55)을 기준으로 제2 연장라인(57)이 180° 회전되는 경우, 예컨대 접히는 경우, 도 7c에 도시한 바와 같이, 제2 연장라인(57)의 일부 영역(제1 영역, 61)은 제1 연장라인(55)과 중첩될 수 있다.
이에 따라, 도 6 및 도 7c에 도시한 바와 같이, 제2 연장라인(57)은 제1 연장라인(55)과 중첩되는 제1 영역(61)과 제1 영역(61)으로부터 코일부(51)의 최외측의 외부까지 연장되는 제2 영역(61)을 포함할 수 있다. 제2 영역(61)은 적어도 코일부(51)의 최내측으로부터 코일부(51)의 최외측까지의 최단거리(L1)보다 클 수 있다.
예컨대, 코일부(51)의 코일(52), 제1 및 제2 연장라인(55, 57), 제1 및 제2 절곡부(54, 56) 및 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)는 동일 폭을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 코일부(51)의 코일(52) 간의 간격은 일정할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
한편, 실시예에 따른 무선충전코일(50)은 제2 연장라인(57)의 끝단에 접속되는 제1 접촉패드(58)와 코일부(51)의 외측 일단에 접속되는 제2 접촉패드(59)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59) 각각은 위에서 보았을 때 원형일 수 있지만, 사각형이나 다른 형태로 형성될 수도 있다. 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)의 면적은 크게 되도록 하여, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59) 각각이 예컨대, 인쇄회로기판과 접속된 제1 및 제2 케이블이나 제1 및 제2 도선 각각의 일단과 접착될 때 접착 면적의 증가로 인해 접촉저항을 최소화할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59) 각각의 직경(또는 너비)는 코일부(51)의 코일(52)의 폭 또는 제2 연장라인(57)의 폭보다 클 수 있다.
제1 및 제2 접촉패드(58, 59)는 코일부(51), 제1 및 2 연장라인(55, 57)과 일체로 형성될 수 있다. 절연막(도 9의 60b)은 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)를 둘러싸지 않을 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)는 금속패턴(도 9의 60a)이고, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)의 적어도 상면은 금속패턴(도 9의 60a)의 노출된 면을 가질 수 있다. 이러한 금속패턴(도 9의 60a)을 갖는 제1 및 제2 접촉패드(58, 59) 상에 예컨대, 인쇄회로기판과 접속된 제1 및 제2 케이블이나 제1 및 제2 도선의 일단이 물리적으로 접착되어 결국 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)와 제1 및 제2 케이블이 전기적으로 접속될 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 무선충전코일을 제조하는 공정을 설명한다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 펀칭 프레스(punching press) 장치를 이용하여 금속판이 펀칭 프레스될 수 있다. 예컨대, 형상틀 상에 금속판이 위치되고, 그 금속판 위에서 펀칭 프레스 장치에 의해 금속판이 펀칭 프레스됨으로써, 형상틀에 의해 무선충전코일(50)의 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(56)을 제외한 나머지 금속판이 제거될 수 있다. 이에 따라, 무선충전코일(50)의 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 형성된 무선충전코일(50)은 금속물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 금속물질로는 구리(Cu), 니켈(Ni) 등이 사용될 수 있다. 다시 말해, 무선충전코일(50)에 포함되는 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제1 및 제2 절곡부(54, 56) 모두 금속물질을 포함할 수 있다.
형상틀은 무선충전코일을 형성하기 위한 틀일 수 있다. 형상틀은 실시예에 따른 무선충전코일을 동시에 다수개 형성할 수 있도록 큰 사이즈를 가질 수 있다. 예컨대, 형상틀은 양각 패턴을 가질 수 있다. 이러한 양각 패턴을 갖는 형상틀에 의해 금속패턴(60a)이 형성될 수 있다. 즉, 형상틀에 의해 무선충전코일(50)의 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57), 제1 및 제2 절곡부(54, 56) 및 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)을 제외한 나머지 금속판이 제거될 수 있다. 이에 따라, 금속판으로부터 도 9a에 도시된 금속패턴(60a)이 형성될 수 있다. 금속패턴(60a)은 무선충전코일(50)의 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57), 제1 및 제2 절곡부(54, 56) 및 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)를 포함할 수 있다. 이때, 무선충전코일(50)의 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57), 제1 및 제2 절곡부(54, 56) 및 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)가 동시에 그리고 일체로 형성될 수 있다.
코일부(51)의 내측으로 중공부(53)가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제1 연장라인(55)은 중공부(53)에 인접한 코일부(51)의 내측 일단에 제1 절곡부(54)가 형성될 수 있다, 제1 절곡부(54)로부터 제1 연장라인(55)이 제1 방향을 따라 연장될 수 있다. 제1 연장라인(55)으로터 제1 방향과 상이한 제3 방향을 따라 제2 연장라인(55, 57)이 연장될 수 있다. 예컨대, 제3 방향은 중공부(53)의 대각선 방향과 일치할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제3 방향은 제1 방향에 수직인 방향일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제1 연장라인(55)과 제2 연장라인(57) 사이에 제2 절곡부(56)가 형성될 수 있다. 아울러, 제2 연장라인(57)의 끝단에 제1 접촉패드(58)가 형성되고, 코일부(51)의 외측 일단에 접속되는 제2 접촉패드(59)가 형성될 수 있다.
정리하면, 중공부(53)에 인접한 코일부(51)의 내측 일단에 제1 절곡부(54)가 형성되고, 제1 절곡부(54)로부터 제1 방향을 따라 제1 연장라인(55) 형성되고, 제1 연장라인(55)의 일측에 제2 절곡부(56)가 형성될 수 있다. 제2 절곡부(56)로부터 중공부(53)의 대각선 방향(제3 방향)을 따라 제2 연장라인(57)이 형성될 수 있다.
한편, 앞서 설명된 형상틀과 달리, 형상틀은 코일부(51), 제1 및 제2 연장라인(55, 57), 제1 및 제2 절곡부(54, 56) 및 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)에 대응되는 음각 패턴을 가질 수도 있다,
이와 같이, 금속패턴(60a)이 형성된 후, 도 9b에 도시한 바와 같이 금속패턴(60a)이 에나멜 코딩되어 금속패턴(60a)을 둘러싸는 절연막(60b)이 형성될 수 있다. 예컨대, 절연물질이 금속패턴(60a)의 표면에 다수 회 발라진 후 경화될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59) 상에는 에나멜 코팅이 수행되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)는 절연막(60b)에 의해 둘러싸여지지 않고, 제1 및 제2 접촉패드(58, 59)를 구성하는 금속패턴(60a)의 표면이 직접 외부에 노출될 수 있다.
이어서, 도 9c에 도시한 바와 같이, 제2 연장라인(57)이 제2 절곡부(56)를 중심으로 회전되어 제2 연장라인(57)의 끝단에 접속된 제1 접촉패드(58)가 코일부(51)의 외측 상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 제3 방향을 따라 배치된 제2 연장라인(57)이 제3 방향에 반대방향인 제2 방향을 따라 배치되도록 제3 방향을 따라 배치된 제2 연장라인(57)이 제2 절곡부(56)의 절곡기준선을 중심으로 180° 회전될 수 있다.
따라서, 제2 연장라인(57)은 중공부(53)의 내측에 위치된 제2 절곡부(56)로부터 코일부(51)를 가로질러 배치될 수 있다. 아울러, 코일부(51)를 가로지른 제2 연장라인(57)의 끝단에 접속된 제1 접촉패드(58)는 코일부(51)의 외측에 배치될 수 있다. 이때, 제1 접촉패드(58)는 코일부(51)의 외측 일단에 접속되는 제2 접촉패드(59)에 인접되도록 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같은 방식에 의해, 코일부(51)와 중공부(53)를 포함하고, 중공부(53)에 적어도 하나 이상의 절곡부(54, 56)와 적어도 하나 이상의 연장라인(55, 57)이 배치되며, 그 연장라인(55, 57) 중 하나의 연장라인(57)은 중공부(53)로부터 코일부(51)를 가로질러 코일부(51)의 외측에 배치되는 무선충전코일(50)이 제조될 수 있다. 이러한 무선충전코일(50)은 동일 방식에 의해 대량 생산이 가능하다.
이후, 다수의 무선충전코일(50a, 50b, 50c)이 차폐재(63) 상에 부착될 수 있다. 다수의 무선충전코일(50a, 50b, 50c)은 하우징에 의해 모듈화될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 다수의 무선충전코일(50a, 50b, 50c)은 적어도 하나 이상의 층 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 층에 서로 인접하는 제1 및 제2 무선충전코일(50a, 50b)이 배치되고, 제1 층 상에 위치되는 제2 층 상에 제3 무선충전코일(50c)이 제1 및 제2 무선충전코일(50a, 50b)과 중첩되어 배치될 수 있다.
다수의 무선충전코일(50a, 50b, 50c)과 차폐재(63)가 모듈화되어 제품 생산될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따르면, 제1 및 제2 연장라인(55, 57) 및 제2 연장라인(57)과 접속되는 제1 접촉패드(58)가 코일부(51)가 제조될 때 동시에 제조됨으로써, 공정시간이 단축되고 공정 재료비가 감소될 수 있다.
실시예에 따르면, 적어도 코일부(51)와 중첩되는 제2 연장라인(57)이 절연막이 둘러싸임으로써, 코일부(51)와 제2 연장라인(57)의 쇼트가 방지될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 무선충전코일(50)은 매우 저렴한 비용으로 종래 FPCB 타입의 코일과 동일 성능(효율)을 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이상에서는 무선충전코일(50)이 무선전력송신기(도 1의 10, 도 2의 200)에 장착되는 송신코일로 설명되었다.
하지만, 실시예의 무선충전코일(50)은 무선전력수신기(도1의 20, 도 3의 300)에 장착되는 수신코일로 사용될 수도 있다.
도 10은 실시예에 따른 무선전력수신기에 장착되는 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 멀티 모드 안테나 모듈(300)은 인쇄 회로 기판(360), 제1 안테나(310), 제2 안테나(320), 제3 안테나(330), 제1 연결 단자(340) 및 제2 연결 단자(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 안테나(310)는 실시예의 무선충전코일(50)일 수 있다.
상세하게, 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈(300)은 인쇄 회로 기판(360), 무선 충전을 위해 인쇄 회로 기판(360)의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나(310), 제1 근거리 무선 통신을 위해 제1 안테나(310)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나(320), 제2 근거리 무선 통신을 위해 제2 안테나(320)와 중첩되지 않도록 제2 안테나(320)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나(330), 제1 안테나(310)에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자(340) 및 제2 안테나(320) 및 상기 제3 안테나(330)에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 연결 단자(340)와 제2 연결 단자(350)가 인쇄 회로 기판(350)에 물리적으로 분리 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 연결 패턴이 제2 안테나(320) 및 제3 안테나(330)에 중첩되지 않도록 제1 연결 단자(340)와 제2 연결 단자(350)가 인쇄 회로 기판(360)상에서 물리적으로 분리 배치될 수 있다.
각 안테나의 연결 패턴은 해당 안테나의 양단에서 연장되는 리드선으로 형성되거나 해당 안테나의 특정 위치에서 분기되어 형성될 수 있다. 여기서, 각 안테나의 연결 패턴 및 연결 단자가 배치되는 위치는 연결 패턴의 길이가 최소화되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 상기 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다. 여기서, MST는 3.24MHz 대역에서 동작하고, NFC는 13.56MHz 대역에서 동작할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)이고, 상기 제2 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)일 수도 있다.
또 다른 일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신 및 상기 제2 근거리 무선 통신은 각각 NFC, RFID 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, MST 통신, 애플페이 통신, 구글페이 통신 중 어느 하나에 대응될 수도 있다.
제2 안테나(320)와 제3 안테나(330) 사이의 이격 거리가 최소 1밀리미터(mm) 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(360)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 제2 안테나(320)와 제3 안테나(330)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제1 기준치 이하가 유지되도록 제2 안테나(320) 및 제3 안테나(330)가 인쇄 회로 기판(360)에 배치될 수 있다.
또한, 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320) 사이의 이격 거리는 최소 0.5밀리미터(mm) 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(360)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제2 기준치 이하가 유지되도록 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)가 인쇄 회로 기판(360)에 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 안테나(310)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제1 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 일 예로, 제2 안테나(320)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제2 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제3 안테나(330)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제3 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제1 안테나(310), 제2 안테나(320), 제3 안테나(330) 중 적어도 하나의 안테나가 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 해당 안테나 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 해당 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(310)는 소정 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄 회로 기판(360)에 인쇄될 수 있으며, 상기 제1 연결 단자는 상기 내직경 외부에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 무선 전력 송수신 분야에 이용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 코일부;
    상기 코일부 내측에 위치한 중공부; 및
    상기 중공부에 인접한 상기 코일부의 내측 일단이 절곡되는 제1 절곡부로부터 연장되는 제1 연장라인을 포함하고,
    상기 제1 연장라인은,
    상기 코일부의 상기 제1 절곡부와 중첩되는 제1 영역 및 상기 코일부와 중첩되는 제2 영역을 포함하는 무선충전코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연장라인을 둘러싸는 절연막;
    을 더 포함하는 무선충전코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공부의 최대직경은 상기 코일부의 최내측으로부터 상기 코일부의 최외측까지의 최단거리보다 큰 무선충전코일.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연장라인의 길이는 상기 코일부의 최내측으로부터 상기 코일부의 최외측까지의 최단거리보다 크고, 상기 중공부의 최대직경보다 작은 무선충전코일.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연장라인은 제1 방향을 따라 배치되고,
    상기 제1 절곡부로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 배치되는 제2 연장라인; 및
    상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 배치되는 상기 코일부의 코일과 만나는 영역에 배치되는 제2 절곡부를 더 포함하는 무선충전코일.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일부의 상기 내측 일단은 상기 제2 연장라인의 일부분인 무선충전코일.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 절곡부를 기준으로 상기 상기 코일부의 상기 내측 일단과 상기 제2 연장라인에 의해 형성되는 내각은 130° 내지 170°인 무선충전코일.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 연장라인은 상기 제2 연장라인과 수직으로 배치되는 무선충전코일.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 연장라인의 길이는 상기 제1 연장라인의 길이보다 작은 무선충전코일.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제2 연장라인의 폭은 상기 코일부의 내측에 인접하는 제1 라인과 상기 제1 라인보다 상기 코일부의 내측으로부터 더 멀리 위치되는 제2 라인에 의해 정의되고,
    상기 제1 절곡부에서 상기 제1 연장라인을 회전시키기 위한 절곡기준선이 정의될 때, 상기 절곡기준선은 상기 제2 라인과 동일 라인 상에 정의되는 무선충전코일.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연장라인은 상기 제1 절곡부를 중심으로 180° 회전가능한 무선충전코일.
  12. 코일부와 상기 코일부 내측에 위치한 중공부를 포함하는 무선충전코일을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    금속판을 펀칭 프레스하여 금속패턴을 형성하는 단계 -상기 금속패턴은 상기 코일부의 코일, 상기 중공부에 인접한 상기 코일부의 내측 일단이 절곡되는 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부로부터 연장되는 제1 연장라인을 포함함-;
    상기 금속패턴을 둘러싸는 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 절곡부를 중심으로 상기 제1 연장라인을 회전시켜 상기 제1 연장라인을 상기 코일부와 중첩시키는 단계를 포함하는 무선충전코일의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속패턴을 형성하는 단계에서, 상기 금속패턴은 상기 제1 절곡부로부터 연장되는 제2 연장라인, 상기 제2 연장라인과 상기 코일부의 코일과 만나는 영역에 형성되는 제2 절곡부, 상기 제1 연장라인의 끝단에 접속되는 제1 접촉패드 및 상기 코일부의 외측 일단에 접속되는 제2 접촉패드를 포함하고,
    상기 절연막을 형성하는 단계에서, 상기 절연막은 상기 제1 및 제2 연장라인 및 상기 제1 및 제2 절곡부를 둘러싸는 무선충전코일의 제조방법.
  14. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 다수의 무선충전코일; 및
    상기 인쇄회로기판과 상기 무선충전코일 사이에 배치되는 차폐재를 포함하고,
    상기 무선충전코일은,
    코일부;
    상기 코일부 내측에 위치한 중공부; 및
    상기 중공부에 인접한 상기 코일부의 내측 일단이 절곡되는 절곡부로부터 연장되는 연장라인을 포함하고,
    상기 연장라인은,
    상기 코일부의 상기 절곡부와 중첩되는 제1 영역 및 상기 코일부와 중첩되는 제2 영역을 포함하는 무선충전장치.
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