WO2021085955A1 - 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 - Google Patents

무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 Download PDF

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WO2021085955A1
WO2021085955A1 PCT/KR2020/014616 KR2020014616W WO2021085955A1 WO 2021085955 A1 WO2021085955 A1 WO 2021085955A1 KR 2020014616 W KR2020014616 W KR 2020014616W WO 2021085955 A1 WO2021085955 A1 WO 2021085955A1
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heat transfer
magnetic
wireless charging
charging device
shield
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PCT/KR2020/014616
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김나영
이승환
최종학
김태경
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에스케이씨 주식회사
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • Embodiments relate to a wireless charging device and a vehicle including the same. More specifically, the embodiment relates to a wireless charging device including a heat transfer unit between the magnetic unit and the shield unit, and a moving means including the same.
  • the wireless power transmission power is wirelessly transmitted through space using an electromagnetic field resonance structure such as inductive coupling, capacitive coupling, or an antenna without physical contact between a transmitter supplying power and a receiver receiving power.
  • an electromagnetic field resonance structure such as inductive coupling, capacitive coupling, or an antenna without physical contact between a transmitter supplying power and a receiver receiving power.
  • the wireless power transmission is suitable for portable communication devices, mobile means, etc. that require a large-capacity battery, and since the contact point is not exposed, there is little risk of a short circuit, and a wired charging failure phenomenon can be prevented.
  • Patent Document 1 Korean Patent Application Publication No. 2011-0042403
  • the wireless charging device generates heat during the wireless charging operation due to the resistance of the coil unit and the magnetic loss of the magnetic unit.
  • the magnetic part in the wireless charging device generates heat near the coil part with high electromagnetic wave energy density, and the generated heat changes the magnetic properties of the magnetic part, causing impedance mismatch between the transmitting pad and the receiving pad, reducing charging efficiency. Due to this, there was a problem in that the fever was intensified again.
  • a wireless charging device is installed in the lower part of the moving means, it is difficult to implement a heat dissipation structure because it adopts a sealed structure for dustproof, waterproof and shock absorption.
  • an object of the implementation is to provide a wireless charging device having effective heat dissipation and a moving means including the same.
  • the coil unit A magnetic portion disposed on the coil portion; A shield portion formed to be spaced apart from the magnetic portion; And a heat transfer part disposed between the magnetic part and the shield part.
  • a wireless charging device includes a coil unit; A magnetic portion disposed on the coil portion; A shield portion formed to be spaced apart from the magnetic portion; And a heat transfer part disposed between the magnetic part and the shield part.
  • the wireless charging device may be provided with a heat transfer part between the magnetic part generating heat and the shield part, so that heat generated from the magnetic part can be easily transferred to the shield part, thereby effectively discharging heat.
  • the wireless charging device can be usefully used for a mobile means requiring large-capacity power transmission between a transmitter and a receiver.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • FIG 3 is a perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the wireless charging device taken along line A-A' in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the wireless charging device taken along line B-B' in FIG. 4.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a heat transfer part on a magnetic part according to another embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a magnetic portion including a heat transfer pin insertion portion inserted and fixed in the magnetic portion and a heat transfer portion according to another embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a magnetic portion and a heat transfer portion of FIG. 11.
  • FIG. 13 is a top view of a heat transfer unit on a magnetic unit according to another embodiment.
  • FIG. 14 shows a vehicle (electric vehicle) provided with a wireless charging device according to an embodiment.
  • one component is formed above or below another component, both of which one component is formed directly above or below another component or indirectly through another component.
  • FIGS. 1 and 2 are exploded perspective views of a wireless charging device according to an embodiment, respectively, and FIGS. 3 and 4 are perspective views of a wireless charging device according to the embodiment, respectively.
  • the wireless charging device 10 according to an embodiment, the coil unit 200; A magnetic part 300 disposed on the coil part 200; A shield part 400 formed to be spaced apart from the magnetic part 300; And a heat transfer part 500 disposed between the magnetic part 300 and the shield part 400.
  • the wireless charging device may be provided with a heat transfer part between the magnetic part generating heat and the shield part, so that heat generated from the magnetic part can be easily transferred to the shield part, thereby effectively discharging heat.
  • the wireless charging device may be usefully used in a mobile means such as an electric vehicle that requires a large amount of power transmission between a transmitter and a receiver.
  • a wireless charging device includes a coil unit through which an alternating current flows to generate a magnetic field.
  • the coil unit may include a conductive wire.
  • the conductive wire includes a conductive material.
  • the conductive wire may include a conductive metal.
  • the conductive wire may include at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, gold, silver, zinc, and tin.
  • the conductive wire may have an insulating sheath.
  • the insulating shell may include an insulating polymer resin.
  • the insulating shell may include polyvinyl chloride (PVC) resin, polyethylene (PE) resin, Teflon resin, silicone resin, polyurethane resin, and the like.
  • the diameter of the conductive wire may be, for example, in the range of 1 mm to 10 mm, in the range of 1 mm to 5 mm, or in the range of 1 mm to 3 mm.
  • the conductive wire may be wound in a flat coil shape.
  • the planar coil may include a planar spiral coil.
  • the planar shape of the coil may be an oval shape, a polygonal shape, or a polygonal shape having rounded corners, but is not particularly limited.
  • the outer diameter of the flat coil may be 5 cm to 100 cm, 10 cm to 50 cm, 10 cm to 30 cm, 20 cm to 80 cm, or 50 cm to 100 cm.
  • the planar coil may have an outer diameter of 10 cm to 50 cm.
  • the inner diameter of the flat coil may be 0.5 cm to 30 cm, 1 cm to 20 cm, or 2 cm to 15 cm.
  • the number of windings of the flat coil may be 5 to 50 times, 10 to 30 times, 5 to 30 times, 15 to 50 times, or 20 to 50 times.
  • the planar coil may be formed by winding the conductive wire 10 to 30 times.
  • the spacing between the conductive wires in the planar coil shape may be 0.1 cm to 1 cm, 0.1 cm to 0.5 cm, or 0.5 cm to 1 cm.
  • the magnetic portion may form a magnetic path of a magnetic field generated around the coil portion, and the magnetic portion is disposed on the coil portion.
  • the magnetic part may be disposed between the coil part and the shield part.
  • the magnetic part may be disposed to be spaced apart from the shield part by a predetermined distance.
  • a separation distance between the magnetic part and the shield part may be 3 mm or more, 5 mm or more, 3 mm to 10 mm, or 4 mm to 7 mm.
  • the magnetic part may be disposed to be spaced apart from the coil part by a predetermined distance.
  • the separation distance between the magnetic part and the coil part may be 0.2 mm or more, 0.5 mm or more, 0.2 mm to 3 mm, or 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the magnetic part may be a polymer type magnetic part including a binder resin and magnetic powder.
  • the magnetic portion may include a metallic magnetic portion, for example, a nanocrystalline magnetic portion.
  • the magnetic portion may be a composite material of the polymer-type magnetic portion and the nanocrystalline magnetic portion.
  • the magnetic part may include a binder resin and magnetic powder dispersed in the binder resin.
  • the polymer-type magnetic part may have fewer defects in a large area and less damage due to impact.
  • the magnetic powder may be an oxide magnetic powder such as ferrite (Ni-Zn-based, Mg-Zn-based, Mn-Zn-based ferrite, etc.); Metallic magnetic powder such as permalloy, sanddust, and nanocrystalline magnetic material; Or it may be a mixture of these powders. More specifically, the magnetic powder may be sandblast particles having an Fe-Si-Al alloy composition.
  • the magnetic powder may have a composition represented by Formula 1 below.
  • X is Al, Cr, Ni, Cu, or a combination thereof
  • Y is Mn, B, Co, Mo, or a combination thereof
  • the average particle diameter of the magnetic powder may be in the range of about 3 nm to about 1 mm, about 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, or about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the high molecular weight magnetic part may contain the magnetic powder in an amount of 50% by weight or more, 70% by weight or more, or 85% by weight or more.
  • the polymer-type magnetic part contains 50% to 99% by weight, 70% to 95% by weight, 70% to 90% by weight, 75% to 90% by weight, 75% to 95% by weight of the magnetic powder. It may be included in an amount of wt%, 80 wt% to 95 wt%, or 80 wt% to 90 wt%.
  • the binder resin may be a curable resin.
  • the binder resin may include a photocurable resin, a thermosetting resin, and/or a high heat-resistant thermoplastic resin, and preferably a thermosetting resin.
  • a resin capable of being cured in this way to exhibit adhesiveness it includes at least one functional group or moiety capable of curing by heat such as a glycidyl group, an isocyanate group, a hydroxy group, a carboxyl group, or an amide group; Or it contains one or more functional groups or moieties that can be cured by active energy such as an epoxide group, a cyclic ether group, a sulfide group, an acetal group or a lactone group. You can use the resin.
  • a functional group or moiety may be, for example, an isocyanate group (-NCO), a hydroxy group (-OH), or a carboxyl group (-COOH).
  • the curable resin may be a polyurethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, an isocyanate resin, or an epoxy resin having at least one or more functional groups or moieties as described above, but is not limited thereto.
  • the binder resin may include a polyurethane-based resin, an isocyanate-based curing agent, and an epoxy-based resin.
  • the polymeric magnetic part may contain the binder resin in an amount of 5% to 40% by weight, 5% to 20% by weight, 5% to 15% by weight, or 7% to 15% by weight.
  • the binder resin based on the weight of the polymer-type magnetic part, as the binder resin, 6% to 12% by weight of a polyurethane-based resin, 0.5% to 2% by weight of a isocyanate-based curing agent, and 0.3% to 1.5% by weight % Epoxy resin.
  • the polymer-type magnetic part can be manufactured by mixing magnetic powder and a polymer resin composition into a slurry, forming a sheet shape, and curing.
  • Blocks can be manufactured by molding using a mold.
  • the molding may be performed by injecting the raw material of the magnetic part into the mold by injection molding.
  • the magnetic part may be prepared by mixing a magnetic powder and a polymer resin composition to obtain a raw material composition, and then injecting the raw material composition into a mold by an injection molding machine.
  • the inner shape of the mold into a three-dimensional structure, it is possible to easily implement a three-dimensional structure of the magnetic part. Such a process is impossible when the conventional sintered ferrite sheet is used as the magnetic part.
  • the magnetic portion may include a nanocrystalline magnetic portion.
  • the coil part's quality factor decreases even though the coil part's inductance (Ls) decreases as the distance from the coil part decreases. As it is higher, charging efficiency can be improved and heat generation can be reduced.
  • the nanocrystalline magnetic portion may be an Fe-based nanocrystalline magnetic portion, specifically, a Fe-Si-Al-based nanocrystalline magnetic portion, a Fe-Si-Cr-based nanocrystalline magnetic portion, or a Fe-Si-B-Cu It may be a -Nb-based nanocrystalline magnetic part.
  • the nanocrystalline magnetic part may be an Fe-Si-B-Cu-Nb-based nanocrystalline magnetic part, in which case, Fe is 70% to 85%, and the sum of Si and B is 10% to 29%. It is preferable that the sum of element%, Cu and Nb is 1 element% to 5 element% (here, element% means the percentage of the number of specific elements relative to the total number of elements constituting the magnetic part).
  • element% means the percentage of the number of specific elements relative to the total number of elements constituting the magnetic part.
  • the Fe-Si-B-Cu-Nb-based alloy can be easily formed into nano-phase crystalline by heat treatment.
  • the nanocrystalline magnetic part is manufactured by, for example, a rapid cooling and solidification method (RSP) by melt spinning of an Fe-based alloy, and magnetically heat-treated for 30 minutes to 2 hours at a temperature range of 300° C. to 700° C. to obtain a desired magnetic permeability. It can be manufactured by doing.
  • RSP rapid cooling and solidification method
  • the heat treatment temperature is less than 300° C., nanocrystals are not sufficiently generated, so that the desired permeability cannot be obtained, and the heat treatment time may take a long time. If the heat treatment temperature exceeds 700° C., the permeability may be significantly lowered by superheat treatment. In addition, when the heat treatment temperature is low, it takes a long treatment time, and if the heat treatment temperature is high, the treatment time is preferably shortened.
  • the nanocrystalline magnetic part is difficult to make a thick thickness in the manufacturing process, and may be formed to a thickness of, for example, 15 ⁇ m to 35 ⁇ m.
  • the magnetic portion may be a magnetic sheet, a magnetic sheet stack, or a magnetic block.
  • the magnetic part may have a large area, and specifically, may have an area of 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more. In addition, the magnetic part may have an area of 10,000 cm 2 or less.
  • the large-area magnetic unit may be configured by a combination of a plurality of unit magnetic units, and in this case, the area of the unit magnetic unit may be 60 cm 2 or more, 90 cm 2 , or 95 cm 2 to 900 cm 2 .
  • the thickness of the magnetic sheet may be 15 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or more, 80 ⁇ m or more, 15 ⁇ m to 550 ⁇ m, 15 ⁇ m to 35 ⁇ m, or 85 ⁇ m to 550 ⁇ m.
  • Such a magnetic sheet may be manufactured by a method of manufacturing a conventional film or sheet.
  • the stacked body of the magnetic sheet may be a stack of 20 or more magnetic sheets, or 50 or more magnetic sheets.
  • the stacked body of the magnetic sheet may be a stack of 550 sheets or less, or 100 sheets or less of the magnetic sheets.
  • the thickness of the magnetic block may be 1 mm or more, 2 mm or more, 3 mm or more, or 4 mm or more. In addition, the thickness of the magnetic block may be 6 mm or less.
  • the magnetic unit may have a certain level of magnetic characteristics in the vicinity of a standard frequency of wireless charging of the mobile means.
  • the standard wireless charging frequency of the mobile means may be less than 100 kHz, specifically 79 kHz to 90 kHz, specifically 81 kHz to 90 kHz, and more specifically about 85 kHz, which is applied to mobile electronic devices such as mobile phones. It is a band that is distinguished from the frequency.
  • the magnetic permeability may be 5 to 550,000, 10 to 550,000, 20 to 550,000, 5 to 300, 30 to 300, 600 to 3,500, or 10,000 to 550,000 in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
  • the magnetic permeability may be 30 to 300, 600 to 3,500, or 10,000 to 550,000 in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
  • the magnetic permeability may be 30 to 550, or 30 to 200 in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
  • the investment loss of the magnetic unit may be 1 to 550,000, 1 to 50,000, 5 to 30,000, 10 to 3,000, 10 to 1,000, 100 to 1,000, or 5,000 to 50,000 in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
  • the magnetic unit may have a magnetic permeability of 30 to 200 and an investment loss of 10 to 3,000 in a frequency band of 79 kHz to 90 kHz.
  • the polymer magnetic part may be elongated at a predetermined ratio.
  • the elongation rate of the polymer magnetic portion may be 0.5% or more.
  • the elongation property is difficult to obtain in a ceramic-based magnetic portion to which a polymer is not applied, and damage can be reduced even if a large-area magnetic portion is distorted by an impact.
  • the elongation rate of the polymer-type magnetic part may be 0.5% or more, 1% or more, or 2.5% or more.
  • the content of the polymer resin is increased to improve the elongation, physical properties such as inductance of the magnetic portion may be deteriorated, so the elongation is preferably 10% or less.
  • the magnetic portion has a small rate of change in physical properties before and after impact, and is superior to a general ferrite magnetic sheet.
  • the rate of change of physical properties (%) before and after impact of a certain physical property can be calculated by the following equation.
  • Characteristic change rate (%)
  • the magnetic unit may have an inductance change rate of less than 5% or less than 3% before and after an impact applied by free fall from a height of 1 m. More specifically, the inductance change rate may be 0% to 3%, 0.001% to 2%, or 0.01% to 1.5%. When within the above range, the rate of change of inductance before and after impact is relatively small, so that the stability of the magnetic portion may be further improved.
  • the magnetic unit may have a rate of change of a quality factor (Q factor) before and after the impact applied by free falling from a height of 1 m from 0% to 5%, from 0.001% to 4%, or from 0.01% to 2.5%.
  • Q factor quality factor
  • the magnetic part may have a resistance change rate before and after the impact applied by free fall from a height of 1 m from 0% to 2.8%, from 0.001% to 1.8%, or from 0.1% to 1.0%.
  • a resistance change rate before and after the impact applied by free fall from a height of 1 m from 0% to 2.8%, from 0.001% to 1.8%, or from 0.1% to 1.0%.
  • the magnetic part may have a rate of change of charging efficiency before and after the impact applied by free falling from a height of 1 m from 0% to 6.8%, from 0.001% to 5.8%, or from 0.01% to 3.4%.
  • rate of change of charging efficiency before and after the impact applied by free falling from a height of 1 m from 0% to 6.8%, from 0.001% to 5.8%, or from 0.01% to 3.4%.
  • the wireless charging device includes a heat transfer part between a magnetic part that generates heat in a portion close to a coil part having a high electromagnetic wave energy density and a shield part, so that heat generated from the magnetic part is effectively transferred to the shield part. I can deliver.
  • the heat transfer unit may include a plurality of heat transfer fins or a heat transfer layer including a heat transfer material.
  • the heat transfer part 500 may include a plurality of heat transfer pins 550 disposed between the magnetic part 300 and the shield part 400.
  • the plurality of heat transfer pins 550 are formed in direct contact with one surface of the magnetic part 300, and the heat transfer pins 550 are formed from the magnetic part 300 to the shield part 400. By extending, heat generated from the magnetic part 300 can be transferred to the shield part 400 to effectively discharge heat.
  • the heat transfer fins may include, for example, radiating fins, and the heat transfer part may include a radiating part including a plurality of radiating fins.
  • an empty space or spacer portion is provided about 3 mm to 10 mm in order to prevent a problem that the charging efficiency rapidly decreases due to the generation of a semi-magnetic field. Accordingly, the magnetic portion and the shield portion are generally disposed to be spaced apart. Nevertheless, the spacer portion or the empty space has a considerably high thermal conductivity due to the magnetic portion, and when the heat cannot be discharged, various problems may occur, such as a sharp decrease in charging efficiency or a defect.
  • Another wireless charging device includes a heat transfer unit including a heat transfer pin instead of an empty space or a spacer unit between the magnetic unit and the shield unit, so that heat due to the magnetic unit or within the wireless charging device Since the generated heat can be transferred to the shield unit through the heat transfer fin, heat dissipation characteristics can be further improved, and thus charging efficiency can be improved.
  • the heat transfer unit includes a plurality of heat transfer fins, which have an area of 10% to 60% of the total area of the magnetic part, specifically 15% to 55%, and more specifically 20% to 30% of the area. I can.
  • the thickness ratio of the heat transfer part and the magnetic part is 1:0.3 to 50, 1:1 to 20, 1:1 to 11, 1:0.5 to 11, 1:0.5 to 10, 1:1 to 5, 1:5 to 11, 1:4 to 6, 1:10 to 11, 1:5 to 6, 1:1 to 3, 1:1 to 2, 1:1 to 1.5, 1:0.8 to 1.2, 1:0.3 to 1.2, Or it may be 1:1 to 1.1.
  • the thickness of the heat transfer part may mean the length of the heat transfer fin. If the thickness ratio of the heat transfer part and the magnetic part is less than the above range, the heat transfer effect to the shield part may be insignificant, and if it exceeds the range, there may be a problem that the volume of the entire wireless charging device increases.
  • the heat transfer pin may have a diameter of 0.5 mm to 2.0 mm, specifically 0.6 mm to 1.0 mm, and more specifically 0.7 mm to 0.9 mm. If the heat transfer pin is less than 0.5 mm, it can be easily broken by external impact. In addition, when the heat transfer fin exceeds 2.0 mm, it may hinder the formation of a magnetic field, and in this case, effective heat dissipation may be rather hindered.
  • the heat transfer pin may have a length of 0.5 mm to 8 mm, specifically 1 mm to 7 mm, and more specifically 4 mm to 5.6 mm.
  • a gap of 0.5 mm to 2.0 mm, specifically 0.6 mm to 1.8 mm, and more specifically 0.8 mm to 1.7 mm may be formed between the heat transfer pins.
  • the number of heat transfer pins per 1 cm 2 area may be 5 to 60, 5 to 55, 6 to 50, 8 to 50, or 9 to 49.
  • the heat transfer fin has insulation and thermal conductivity.
  • the electrical conductivity of the heat transfer pin may be 2 X 10 5 S/cm to 10 X 10 5 S/cm, specifically 3 X 10 5 S/cm to 8 X 10 5 S/cm at room temperature.
  • the thermal conductivity of the heat transfer fin may be 100 W/mK to 700 W/mK, specifically 550 W/mK to 650 W/mK.
  • the heat transfer pin may have an electrical conductivity of 2 X 10 5 S/cm to 10 X 10 5 S/cm and a thermal conductivity of 100 W/mK to 700 W/mK.
  • the heat transfer fin may have a surface area of 1 mm2 to 300 mm2, specifically 3 mm2 to 50 mm2, and more specifically 17 mm2 to 24 mm2.
  • the heat transfer pin may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, and aluminum.
  • the wireless charging device 10 includes a magnetic unit 300 generating heat in a portion close to the coil unit 200 having a high electromagnetic wave energy density. And by including the heat transfer unit 500 including a heat transfer material between the shield unit 400, it is possible to effectively discharge heat.
  • the heat transfer part 500 may be disposed in the form of a heat transfer layer.
  • the wireless charging device is provided with a heat transfer unit including a heat transfer material instead of a spacer or an empty space between the magnetic unit and the shield unit, thereby transferring heat from the magnetic unit or heat generated in the wireless charging unit. Since the material can be transferred to the shield unit, heat dissipation properties can be further improved, and thus charging efficiency can be improved.
  • the heat transfer unit includes a thermal interface material (TIM), and the heat transfer material quickly releases heat to the outside.
  • TIM thermal interface material
  • a magnetic portion generating heat and a shield portion capable of emitting heat may be interconnected through the heat transfer material. That is, the heat transfer material may transfer heat generated from the magnetic portion to the shield portion to discharge heat to the outside.
  • the heat transfer unit may include 10% to 150% of the heat transfer material based on the total volume of the heat transfer unit.
  • the heat transfer unit may include a heat transfer material in an amount of 50% to 150%, 50% to 110%, 70% to 110%, or 70% to 100% based on the total volume of the heat transfer unit.
  • the content of the heat transfer material is less than the above range, the heat transfer effect may be insignificant, and when the content of the heat transfer material exceeds the above range, there may be problems of weight increase and assembly failure of the wireless charging device. Accordingly, when the content of the heat transfer material satisfies the above range, heat can be effectively discharged between the magnetic portion and the shield portion, thereby improving heat dissipation characteristics and charging efficiency.
  • the heat transfer material may use various heat dissipating materials within a range that does not impair the effect of the present invention, and specifically may include at least one selected from the group consisting of carbon-based materials, oxide-based materials, and ceramic-based materials, For example, it may include at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 , and Si 3 N 4.
  • the heat transfer unit may not include a metal component in the heat transfer unit.
  • a metal component included in the heat transfer part, the flow of the magnetic field may be hindered, and thus the effect of the present invention may be reduced.
  • the heat transfer part may be disposed between the magnetic part and the shield part in various ways.
  • the heat transfer part may be formed by preparing a resin composition including the heat transfer material and a binder resin, and then coating the resin composition on the magnetic part.
  • the heat transfer unit may include a heat transfer coating layer.
  • the method of forming the coating layer may be performed by a conventional method within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • the heat transfer unit may be manufactured in the form of a sheet including the heat transfer material. That is, the heat transfer unit may include a heat transfer sheet layer. The method of forming the sheet layer may be performed by a conventional method within a range that does not impair the effects of the present invention. Specifically, the sheet including the heat transfer material may be laminated on the magnetic part by attaching the sheet including the heat transfer material to a part where heat is generated with a thermally conductive adhesive.
  • the thermally conductive adhesive may include a thermally conductive material such as metal, carbon, ceramic, etc., and may be, for example, an adhesive resin in which thermally conductive particles are dispersed.
  • the heat transfer material has insulation and thermal conductivity.
  • the heat transfer material has a thermal conductivity of 3 W/mK to 20 W/mK, 4 W/mK to 20 W/mK, 5 W/mK to 20 W/mK, 3 W/mK to 10 W/mK , 10 W/mK to 20 W/mK, or 8 W/mK to 15 W/mK.
  • the heat transfer material has a specific resistance of 1 X 10 2 to 1 X 10 20 ⁇ cm, 1 X 10 2 to 1 X 10 15 ⁇ cm, 1 X 10 2 to 1 X 10 10 ⁇ cm, or 1 It may be X 10 5 to 1 X 10 18 ⁇ cm.
  • the heat transfer material satisfies the thermal conductivity and specific resistance in the above ranges, the heat dissipation effect desired in the present invention can be achieved.
  • the heat transfer part is a volume of 50% to 150%, 60% to 120%, 50% to 100%, 100% to 150%, 70% to 110%, or 70% to 100% based on the total volume of the magnetic part Can have.
  • the thickness ratio of the heat transfer part and the magnetic part is 1:0.5 to 50, 1:1 to 20, 1:1 to 11, 1:0.5 to 11, 1:0.5 to 10, 1:1 to 5, 1: 5 to 11, 1:4 to 6, 1:10 to 11, 1:5 to 6, 1:1 to 3, 1:1 to 2, 1:1 to 1.5, 1:0.8 to 1.2, or 1:1 To 1.1. If the thickness ratio of the heat transfer part and the magnetic part is less than the above range, there may be a problem that the heat dissipation effect decreases sharply, and if it exceeds the range, there may be a problem of increasing the weight of the wireless charging device.
  • the heat transfer unit may have a large area the same as the magnetic unit.
  • the area of the heat transfer unit may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
  • the area of the heat dissipating material may be 10,000 cm 2 or less.
  • the heat transfer part may have an area smaller than that of the magnetic part.
  • the heat transfer unit may have an area corresponding to the area of the coil unit.
  • the thickness of the heat transfer part may be 0.5 mm to 5.6 mm, 0.5 mm to 3 mm, 3.5 mm to 5.6 mm, 3 mm to 5 mm, or 5 mm to 5.6 mm.
  • the heat transfer part may at least partially contact the magnetic part and the shield part.
  • the contact area between the heat transfer unit and the magnetic unit is 10% to 100%, 30% to 100%, 50% to 100%, 55% to 100%, or 60% to 100% based on the total area of the magnetic unit I can.
  • a contact area between the heat transfer unit and the shield unit may be 10% to 100%, 30% to 100%, or 50% to 100% based on the total area of the magnetic unit.
  • the heat transfer unit may be formed of a plurality of pillars including a heat transfer material.
  • the plurality of pillars may have a diameter of 0.5 mm to 2.0 mm, 0.5 mm to 1.5 mm, 0.6 mm to 1.0 mm, or 0.7 mm to 0.9 mm. If the column is less than 0.5 mm, it can be easily broken by external impact. In addition, when the pillar exceeds 2.0 mm, it may hinder the formation of a magnetic field, and thus effective heat dissipation may be rather hindered.
  • the length of the pillar may be 0.5 mm to 8 mm, 0.5 mm to 5.6 mm, 1 mm to 7 mm, 2 mm to 6 mm, 3 mm to 6 mm, or 4 mm to 5.6 mm.
  • a gap of 0.5 mm to 2.0 mm, 0.6 mm to 1.8 mm, 0.8 mm to 1.7 mm, or 0.8 mm to 1.5 mm may be formed between the plurality of pillars.
  • the number of pillars per 1 cm2 area may be 5 to 60, 6 to 50, 8 to 50, 10 to 50, or 9 to 49.
  • the wireless charging device 10 may include a shield unit 400 that serves to increase wireless charging efficiency through electromagnetic wave shielding.
  • the shield part 400 is formed to be spaced apart from the magnetic part 300.
  • the shield part may include a metal plate.
  • the material of the metal plate may be aluminum, and other metal or alloy material having electromagnetic wave shielding ability may be used.
  • the thickness of the shield portion may be 0.2 mm to 10 mm, 0.5 mm to 5 mm, or 1 mm to 3 mm.
  • an area of the shield part may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
  • the wireless charging device 10 may further include a housing 600 accommodating the coil unit 200 and the magnetic unit 300.
  • the housing 600 allows components such as the coil part 200, the magnetic part 300, and the heat transfer part 500 to be properly disposed and assembled.
  • the shape (structure) of the housing can be arbitrarily set according to the components included therein or according to the environment.
  • the material and structure of the housing may be a material and structure of a conventional housing used in a wireless charging device.
  • the wireless charging device 10 may further include a support part 100 supporting the coil part 200.
  • the material and structure of the support part may be a material and structure of a conventional support part (support plate) used in a wireless charging device.
  • the support portion may have a flat plate structure or a structure in which grooves are formed along a coil shape to fix the coil portion.
  • FIG. 5 and 6 are cross-sectional views of a wireless charging device showing various examples of the wireless charging device 10 in which the heat transfer unit 500 includes a plurality of heat transfer pins 550.
  • the heat transfer part 500 may be disposed between the magnetic part 300 and the shield part 400.
  • the plurality of heat transfer fins 550 may be formed in direct contact with one surface of the magnetic part 300.
  • the wireless charging device 10 includes the coil unit 200; A magnetic portion 300 disposed on the coil portion 200; A shield part 400 formed to be spaced apart from the magnetic part 300; And a heat transfer part 500 including a plurality of heat transfer pins 550 between the magnetic part 300 and the shield part 400, wherein the plurality of heat transfer pins 550 It may be formed by directly contacting one surface of the magnetic part 300.
  • the plurality of heat transfer pins 550 are formed in direct contact with one surface of the shield part 400, so that heat generated from the magnetic part 300 is transferred to the shield part ( Since heat transfer (A) can be performed by 400), the heat dissipation (B) characteristic of discharging heat to the outside can be further improved, and thus charging efficiency can be improved.
  • the plurality of heat transfer pins 550 may be selectively disposed at a portion where heat is generated.
  • the plurality of heat transfer pins 550 may be disposed at a portion (outer portion) corresponding to a portion in which the coil portion 200 is disposed. Accordingly, the plurality of heat transfer fins can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • a wireless charging device 10 includes an outer portion corresponding to a portion in which the plurality of heat transfer pins 550 are disposed; And it may be disposed in the center surrounded by the outer portion.
  • the plurality of heat transfer pins 550 may be disposed at a portion (outer portion) corresponding to a portion where the coil portion 200 is disposed, and may be further disposed at a portion (central portion) where the coil portion does not exist. have.
  • FIGS. 10 and 13 are a perspective view of a heat transfer unit on a magnetic unit and a top view of the magnetic unit and the heat transfer unit according to another embodiment of the present invention, respectively.
  • the plurality of heat transfer pins 550 may be fixed on one surface of the magnetic part 300 by a heat transfer pin fixing part (not shown) or an adhesive, and the magnetic part It may include a heat transfer pin fixing portion. In addition, it may be fixed by being attached to the magnetic portion or one surface of the magnetic portion and the shield portion with a thermally conductive adhesive, and further enhance the heat dissipation effect.
  • the plurality of heat transfer pins may be attached to the magnetic portion by a thermally conductive adhesive.
  • the thermally conductive adhesive may include a thermally conductive material such as metal, carbon, ceramic, etc., and may be, for example, an adhesive resin in which thermally conductive particles are dispersed.
  • the heat transfer pin fixing part fixes the plurality of heat transfer pins, and the position, shape, and size are not particularly limited unless the effect of the present invention is impaired.
  • the plurality of heat transfer pins may be connected to the shield part to effectively discharge heat generated from the magnetic part to the outside.
  • the heat transfer fin may be directly connected to the shield part or through a thermally conductive medium.
  • the thermally conductive medium may be composed of the same component as the plurality of heat transfer fins or a different component.
  • the thermally conductive medium may be made of a ceramic material or a carbon-based material.
  • the thermally conductive medium may be made of the same material as the shield part, and may be made of, for example, aluminum.
  • the magnetic part 300 further includes a heat transfer pin insertion part 580 in which the plurality of heat transfer pins 550 are inserted into the magnetic part 300 to be fixed.
  • the magnetic part may be formed in a three-dimensional structure by a mold, and in this case, the heat transfer pin may be inserted into and fixed to the inside of the magnetic part without an adhesive or a heat transfer pin fixing part.
  • the heat transfer pin may be inserted into a heat transfer pin after molding a polymer-type magnetic part through a mold so that the heat transfer pin can be inserted into the magnetic part without an adhesive or a heat transfer pin fixing part.
  • the plurality of heat transfer pins may be attached to the shield part by a thermally conductive adhesive so that the plurality of heat transfer pins are fixed in contact with the shield part.
  • the heat transfer pin insertion portion may include a plurality of heat transfer pins inserted to a depth of 1 mm to 5 mm based on the total thickness of the magnetic portion.
  • the heat transfer pin insertion part may be specifically 2 mm to 4 mm, more specifically 2.5 mm to 3 mm based on the total thickness of the magnetic part.
  • the plurality of heat transfer fins may be selectively disposed at a portion where heat is generated.
  • the plurality of heat transfer fins may be disposed to correspond to a region in which the coil part is present. Accordingly, the plurality of heat transfer fins can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • FIGS. 7 to 9 are cross-sectional views of wireless charging devices showing various examples of wireless charging devices in which the heat transfer unit includes a heat transfer unit including a heat transfer material.
  • the wireless charging device 10 includes the coil unit 200; A magnetic portion 300 disposed on the coil portion 200; A shield part 400 formed to be spaced apart from the magnetic part 300; And a heat transfer part 500 including a heat transfer material between the magnetic part 300 and the shield part 400.
  • the heat transfer unit may be a heat transfer layer including a heat transfer coating layer or a heat transfer sheet layer.
  • the heat transfer part 500 may at least partially contact the magnetic part 300 and the shield part 400.
  • the heat transfer part 500 may all contact the magnetic part 300 and the shield part 400.
  • the area corresponding to the portion in which the coil unit is disposed in the heat transfer unit 500 is defined as an outer portion, and the area surrounded by the outer portion is referred to as a center, the thickness of the outer portion and the center of the heat transfer unit are the same. can do.
  • the central portion may be a portion where the coil portion does not exist.
  • the heat transfer part 500 may contact only an outer portion of the magnetic part 300, the shield part 400, and the coil part 200. In this case, the heat transfer unit can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • the heat transfer part 500 is in contact with the magnetic part 300 in its entirety, but the shield part 400 has an outer frame part 510 which is a part in which the coil part 200 is disposed. Can only be touched.
  • the outer portion 510 may have a thickness greater than that of the central portion 520. In this case, the heat transfer unit can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • the heat transfer unit may be modified into various structures.
  • the heat transfer unit may be formed of a plurality of pillars including a heat transfer material. Specific characteristics of the plurality of pillars may be the same as or similar to the heat transfer fins described above.
  • a wireless charging device includes the coil unit; A magnetic portion disposed on the coil portion; A shield portion formed to be spaced apart from the magnetic portion; And a heat transfer part including a plurality of columns including a heat transfer material between the magnetic part and the shield part, wherein the plurality of columns may be formed in direct contact with one surface of the magnetic part.
  • heat generated from the magnetic portion may be discharged through the shield portion present in the outermost layer of the wireless charging device.
  • the plurality of pillars may be disposed in an outer portion corresponding to a portion in which the coil unit is disposed.
  • the plurality of pillars can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • the plurality of pillars may be disposed in the outer portion and a portion (central portion) in which the coil portion does not exist.
  • the plurality of pillars may be formed in direct contact with one surface of the magnetic part, and may be fixed to the magnetic part by, for example, a fixing part (not shown) or an adhesive.
  • the plurality of pillars may be attached to the magnetic portion or to one surface of the magnetic portion and the shield portion by a thermally conductive adhesive.
  • the thermally conductive adhesive may include a thermally conductive material such as metal, carbon, ceramic, etc., and may be, for example, an adhesive resin in which thermally conductive particles are dispersed.
  • the fixing portion fixes the plurality of pillars, and the position, shape, and size are not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired.
  • the magnetic part may be formed in a three-dimensional structure by a mold, and during molding, it may be formed to include a fixing part in a part thereof, and the plurality of pillars are fixed through a fixing part included in the magnetic part. Can be.
  • the plurality of pillars may be connected to the shield portion to effectively discharge heat generated from the magnetic portion to the outside.
  • the pillar may be connected to the shield part directly or by a thermally conductive medium.
  • the thermally conductive medium may be composed of the same component as the plurality of pillars or different components.
  • the thermally conductive medium may be made of a ceramic material or a carbon-based material.
  • the thermally conductive medium may be made of the same material as the shield part, and may be made of, for example, aluminum.
  • the wireless charging device may be usefully used in a mobile means such as an electric vehicle requiring large-capacity power transmission between a transmitter and a receiver.
  • the moving means 1 includes a wireless charging device according to the embodiment as a receiver ( 720).
  • the wireless charging device may serve as a wireless charging receiver of the mobile means 1 and may receive power from the wireless charging transmitter 730.
  • the moving means is a moving means including a wireless charging device, wherein the wireless charging device includes a coil unit; A magnetic portion disposed on the coil portion; A shield portion formed to be spaced apart from the magnetic portion; And a heat transfer part disposed between the magnetic part and the shield part.
  • the wireless charging device includes a coil unit; A magnetic portion disposed on the coil portion; A shield portion formed to be spaced apart from the magnetic portion; And a heat transfer part disposed between the magnetic part and the shield part.
  • the wireless charging device may be provided under the vehicle.
  • the moving means may further include a battery receiving power from the wireless charging device.
  • the wireless charging device may receive power wirelessly and transmit it to the battery, and the battery may supply power to a drive system of the moving means.
  • the battery may be charged by power delivered from the wireless charging device or other additional wired charging device.
  • the moving means may further include a signal transmitter for transmitting information on charging to a transmitter of a wireless charging system for a moving means.
  • the information on such charging may include charging efficiency such as a charging speed, a degree of charging, and the like.
  • support part 200 coil part
  • heat transfer part 510 outer part
  • heat transfer pin 580 heat transfer pin insert
  • A-A' incision line
  • B-B' incision line

Landscapes

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Abstract

일 구현예에 따른 무선 충전 장치는 열이 발생하는 자성부 및 쉴드부 사이에 열 전달부를 포함함으로써, 상기 자성부로부터 발생되는 열을 상기 쉴드부로 쉽게 전달하여 효과적으로 열을 배출할 수 있다. 따라서 상기 무선 충전 장치는 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차 등의 이동 수단에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
구현예는 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구현예는 자성부 및 쉴드부 사이에 열 전달부를 포함하는 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단에 관한 것이다.
오늘날 정보통신 분야는 매우 빠른 속도로 발전하고 있으며, 전기, 전자, 통신, 반도체 등이 종합적으로 조합된 다양한 기술들이 지속적으로 개발되고 있다. 또한, 전자기기의 모바일화 경향이 증대함에 따라 통신분야에서도 무선 통신 및 무선 전력 전송 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 전자기기 등에 무선으로 전력을 전송하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 무선 전력 전송은 전력을 공급하는 송신기와 전력을 공급받는 수신기 간에 물리적인 접촉 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 전자기장 공진 구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 무선으로 전송하는 것이다. 상기 무선 전력 전송은 대용량의 배터리가 요구되는 휴대용 통신기기, 이동 수단 등에 적합하며 접점이 노출되지 않아 누전 등의 위험이 거의 없으며 유선 방식의 충전 불량 현상을 막을 수 있다.
한편, 최근 들어 이동 수단에 대한 관심이 급증하면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있다. 이미 가정용 충전기를 이용한 이동 수단 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전 장치, 무선 충전 장치 등 다양한 충전 방식이 등장하였고, 새로운 충전 사업 비즈니스 모델도 나타나기 시작했다(대한민국 공개특허 제 2011-0042403 호 참조). 또한, 유럽에서는 시험 운행중인 전기차와 충전소가 눈에 띄기 시작했고, 일본에서는 자동차 제조 업체와 전력 회사들이 주도하여 이동 수단 및 충전소를 시범적으로 운영하고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제2011-0042403호
무선 충전 장치는 무선 충전 동작 중에 코일부의 저항과 자성부의 자기 손실에 의해 열을 발생한다. 특히 무선 충전 장치 내의 자성부는 전자기파 에너지 밀도가 높은 코일부와 가까운 부분에서 열을 발생하고, 발생한 열은 자성부의 자기 특성을 변화시켜 송신 패드와 수신 패드 간의 임피던스 불일치를 유발하여, 충전 효율이 저하되고 이로 인해 다시 발열이 심화되는 문제가 있었다. 그러나 이러한 무선 충전 장치는 이동 수단의 하부 등에 설치되기 때문에, 방진 및 방수와 충격 흡수를 위해 밀폐 구조를 채용하므로 방열 구조를 구현하는데 어려움이 있었다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 열이 발생하는 자성부 및 쉴드부 사이에 열 전달부를 배치함으로써, 상기 자성부로부터 발생되는 열을 상기 쉴드부로 쉽게 전달하여, 효과적으로 열을 배출할 수 있음을 발견하였다.
따라서 구현예의 과제는, 방열이 효과적인 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 코일부; 상기 코일부 상에 배치되는 자성부; 상기 자성부와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 배치되는 열 전달부를 포함하는, 무선 충전 장치가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 무선 충전 장치를 포함하고, 상기 무선 충전 장치는 코일부; 상기 코일부 상에 배치되는 자성부; 상기 자성부와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 배치되는 열 전달부를 포함하는, 이동 수단이 제공된다.
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치는 열이 발생하는 자성부 및 쉴드부 사이에 열 전달부를 구비함으로써 자성부로부터 발생되는 열을 상기 쉴드부로 쉽게 전달하여 효과적으로 열을 배출할 수 있다.
따라서 상기 무선 충전 장치는 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 이동 수단 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 무선 충전 장치의 분해사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 또 다른 구현예에 따른 무선 충전 장치의 분해사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 일 구현예에 따른 무선 충전 장치의 사시도를 나타낸 것이다.
도 4는 또 다른 구현예에 따른 무선 충전 장치의 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에서의 A-A' 선을 따라 절개한 무선 충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 또 다른 구현예에 따른 무선 충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 7는 도 4에서의 B-B' 선을 따라 절개한 무선 충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 8는 또 다른 구현예에 따른 무선 충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 9는 또 다른 구현예에 따른 무선 충전 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 10은 또 다른 구현예에 따른 자성부 상의 열 전달부의 사시도를 나타낸 것이다.
도 11은 또 다른 구현예에 따른 자성부 내에 삽입되어 고정된 열 전달핀 삽입부를 포함하는 자성부 및 열 전달부의 사시도를 나타낸 것이다.
도 12는 상기 도 11의 자성부 및 열 전달부의 단면도를 나타낸 것이다.
도 13은 또 다른 구현예에 따른 자성부 상의 열 전달부의 상면도를 나타낸 것이다.
도 14는 일 구현예에 따른 무선 충전 장치를 구비하는 이동 수단(전기 자동차)을 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성요소의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
[무선 충전 장치]
도 1 및 2는 각각 구현예에 따른 무선 충전 장치의 분해사시도를 나타낸 것이고, 도 3 및 4는 각각 구현예에 따른 무선 충전 장치의 사시도를 나타낸 것이다.
도 1 내지 4를 참조하여, 일 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는, 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치되는 자성부(300); 상기 자성부(300)와 이격되어 형성된 쉴드부(400); 및 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400) 사이에 배치되는 열 전달부(500)를 포함한다.
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치는 열이 발생하는 자성부 및 쉴드부 사이에 열 전달부를 구비함으로써 자성부로부터 발생되는 열을 상기 쉴드부로 쉽게 전달하여 효과적으로 열을 배출할 수 있다.
따라서 상기 무선 충전 장치는 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 상기 무선 충전 장치의 각 구성요소별로 구체적으로 설명한다.
코일부
본 발명의 구현예에 따른 무선 충전 장치는, 교류 전류가 흘러 자기장을 발생시킬 수 있는 코일부를 포함한다.
상기 코일부는 전도성 와이어를 포함할 수 있다.
상기 전도성 와이어는 전도성 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 전도성 와이어는 전도성 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 와이어는 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 와이어는 절연성 외피를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 외피는 절연성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 절연성 외피는 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 테프론 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 전도성 와이어의 직경은 예를 들어 1 mm 내지 10 mm 범위, 1 mm 내지 5 mm 범위, 또는 1 mm 내지 3 mm 범위일 수 있다.
상기 전도성 와이어는 평면 코일 형태로 감길 수 있다. 구체적으로 상기 평면 코일은 평면 나선 코일(planar spiral coil)을 포함할 수 있다. 또한 상기 코일의 평면 형태는 타원형, 다각형, 또는 모서리가 둥근 다각형의 형태일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
상기 평면 코일의 외경은 5 cm 내지 100 cm, 10 cm 내지 50 cm, 10 cm 내지 30 cm, 20 cm 내지 80 cm, 또는 50 cm 내지 100 cm일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 10 cm 내지 50 cm의 외경을 가질 수 있다.
또한, 상기 평면 코일의 내경은 0.5 cm 내지 30 cm, 1 cm 내지 20 cm, 또는, 2 cm 내지 15 cm일 수 있다.
상기 평면 코일의 감긴 횟수는 5회 내지 50회, 10회 내지 30회, 5회 내지 30회, 15회 내지 50회, 또는 20회 내지 50회일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 상기 전도성 와이어를 10회 내지 30회 감아 형성된 것일 수 있다.
또한 상기 평면 코일 형태 내에서 상기 전도성 와이어 간의 간격은 0.1 cm 내지 1 cm, 0.1 cm 내지 0.5 cm, 또는 0.5 cm 내지 1 cm일 수 있다.
상기와 같은 바람직한 평면 코일 치수 및 규격 범위 내일 때, 전기 자동차와 같은 대용량 전력 전송을 요구하는 분야에 적합할 수 있다.
자성부
상기 자성부는 코일부 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로(magnetic path)를 형성할 수 있으며, 상기 자성부는 상기 코일부 상에 배치된다. 구체적으로, 상기 자성부는 상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치될 수 있다.
상기 자성부는 상기 쉴드부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성부와 상기 쉴드부의 이격 거리는 3 mm 이상, 5 mm 이상, 3 mm 내지 10 mm, 또는 4 mm 내지 7 mm일 수 있다.
또한 상기 자성부는 상기 코일부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성부와 상기 코일부의 이격 거리는 0.2 mm 이상, 0.5 mm 이상, 0.2 mm 내지 3 mm, 또는 0.5 mm 내지 1.5 mm일 수 있다.
상기 자성부는 바인더 수지 및 자성 분말을 포함하는 고분자형 자성부일 수 있다.
또는 상기 자성부는 금속계 자성부, 예를 들어 나노결정질(nanocrystalline) 자성부를 포함할 수 있다.
또는 상기 자성부는 상기 고분자형 자성부 및 상기 나노결정질 자성부의 복합 소재일 수 있다.
고분자형 자성부
상기 자성부는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 고분자형 자성부는 바인더 수지에 의해 자성 분말들이 서로 결합됨으로써, 넓은 면적에서 전체적으로 결함이 적으면서 충격에 의해 손상이 적을 수 있다.
상기 자성 분말은 페라이트(Ni-Zn계, Mg-Zn계, Mn-Zn계 페라이트 등)와 같은 산화물 자성 분말; 퍼말로이(permalloy), 샌더스트(sendust), 나노결정질(nanocrystalline) 자성체와 같은 금속계 자성 분말; 또는 이들의 혼합 분말일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 분말은 Fe-Si-Al 합금 조성을 갖는 샌더스트 입자일 수 있다.
일례로서, 상기 자성 분말은 하기 화학식 1의 조성을 가질 수 있다.
[화학식 1]
Fe1-a-b-c Sia Xb Yc
상기 식에서, X는 Al, Cr, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이고; Y는 Mn, B, Co, Mo, 또는 이들의 조합이고; 0.01 ≤ a ≤ 0.2, 0.01 ≤ b ≤ 0.1, 및 0 ≤ c ≤ 0.05 이다.
상기 자성 분말의 평균 입경은 약 3 nm 내지 약 1 mm, 약 1 ㎛ 내지 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 또는 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 고분자형 자성부는 상기 자성 분말을 50 중량% 이상, 70 중량% 이상, 또는 85 중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자형 자성부는 상기 자성 분말을 50 중량% 내지 99 중량%, 70 중량% 내지 95 중량%, 70 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 95 중량%, 80 중량% 내지 95 중량%, 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 경화성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지 및/또는 고내열 열가소성 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
이와 같이 경화되어 접착성을 나타낼 수 있는 수지로서, 글리시딜기, 이소시아네이트기, 히드록시기, 카복실기 또는 아미드기 등과 같은 열에 의한 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하거나; 또는 에폭시드(epoxide)기, 고리형 에테르(cyclic ether)기, 설파이드(sulfide)기, 아세탈(acetal)기 또는 락톤(lactone)기 등과 같은 활성 에너지에 의해 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하는 수지를 사용할 수 있다. 이와 같은 관능기 또는 부위는 예를 들어 이소시아네이트기(-NCO), 히드록시기(-OH), 또는 카복실기(-COOH)일 수 있다.
구체적으로, 상기 경화성 수지는, 상술한 바와 같은 관능기 또는 부위를 적어도 하나 이상 가지는 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지 또는 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일례로서, 상기 바인더 수지는 폴리우레탄계 수지, 이소시아네이트계 경화제 및 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 고분자형 자성부는 상기 바인더 수지를 5 중량% 내지 40 중량%, 5 중량% 내지 20 중량%, 5 중량% 내지 15 중량%, 또는 7 중량% 내지 15 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
또한, 상기 고분자형 자성부는 이의 중량을 기준으로, 상기 바인더 수지로서, 6 중량% 내지 12 중량%의 폴리우레탄계 수지, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 소시아네이트계 경화제, 및 0.3 중량% 내지 1.5 중량%의 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 고분자형 자성부는 자성 분말과 고분자 수지 조성물을 혼합하여 슬러리화한 후 시트 형상으로 성형하고 경화하는 등의 시트화 과정으로 제조할 수 있으나, 일정한 두께를 갖는 대면적의 고분자형 자성부를 제조하기 위해 몰드를 이용한 성형의 방식으로 블록을 제조할 수 있다.
상기 성형은 사출성형에 의해 자성부의 원료를 몰드에 주입하여 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성부는 자성 분말과 고분자 수지 조성물을 혼합하여 원료 조성물을 얻은 뒤, 상기 원료 조성물을 사출성형기에 의해 몰드에 주입하여 제조될 수 있다. 이때 몰드의 내부 형태를 입체 구조로 설계하여, 자성부의 입체 구조를 쉽게 구현할 수 있다. 이와 같은 공정은 기존의 소결 페라이트 시트를 자성부로 사용하는 경우에는 불가능한 것이다.
나노결정질 자성부
상기 자성부는 나노결정질(nanocrystalline) 자성부를 포함할 수 있다.
상기 나노결정질 자성부를 적용 시에, 코일부와 거리가 멀어질수록 코일부의 인덕턴스(Ls)가 낮아지더라도 저항(Rs)이 더욱 낮아짐으로써 코일부의 품질계수(Q factor: Ls/Rs)가 높아져서 충전 효율이 향상되고 발열이 줄어들 수 있다.
예를 들어, 상기 나노결정질 자성부는 Fe계 나노결정질 자성부일 수 있고, 구체적으로 Fe-Si-Al계 나노결정질 자성부, Fe-Si-Cr계 나노결정질 자성부, 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정질 자성부일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 나노결정질 자성부는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정질 자성부일 수 있고, 이 경우, Fe가 70 원소% 내지 85 원소%, Si 및 B의 합이 10 원소% 내지 29 원소%, Cu와 Nb의 합이 1 원소% 내지 5 원소%인 것이 바람직하다(여기서 원소%란 자성부를 이루는 총 원소의 갯수에 대한 특정 원소의 갯수의 백분율을 의미한다). 상기 조성 범위에서 Fe-Si-B-Cu-Nb계 합금이 열처리에 의해 나노상의 결정질로 쉽게 형성될 수 있다.
상기 나노결정질 자성부는, 예를 들어 Fe계 합금을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 300 ℃ 내지 700 ℃의 온도 범위에서 30분 내지 2시간 동안 무자장 열처리를 행하여 제조될 수 있다.
만약 열처리 온도가 300 ℃미만인 경우 나노 결정질이 충분히 생성되지 않아 원하는 투자율이 얻어지지 않으며 열처리 시간이 길게 소요될 수 있고, 700 ℃를 초과하는 경우는 과열처리에 의해 투자율이 현저하게 낮아질 수 있다. 또한, 열처리 온도가 낮으면 처리시간이 길게 소요되고, 반대로 열처리 온도가 높으면 처리시간은 단축되는 것이 바람직하다.
나노결정질 자성부는 제조 공정상 두꺼운 두께를 만들기 어려우며 예를 들어 15 ㎛ 내지 35 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
자성부의 면적 및 두께
상기 자성부는 자성 시트, 자성 시트 적층체, 또는 자성 블록일 수 있다.
상기 자성부는 대면적을 가질 수 있고, 구체적으로 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상의 면적을 가질 수 있다. 또한, 상기 자성부는 10,000 cm2 이하의 면적을 가질 수 있다.
상기 대면적의 자성부는 다수의 단위 자성부가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 단위 자성부의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.
상기 자성 시트의 두께는 15 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 80 ㎛ 이상, 15 ㎛ 내지 550 ㎛, 15 ㎛ 내지 35 ㎛, 또는 85 ㎛ 내지 550 ㎛일 수 있다. 이러한 자성 시트는 통상의 필름 또는 시트를 제조하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 20장 이상, 또는 50장 이상 적층된 것일 수 있다. 또한 상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 550장 이하, 또는 100장 이하로 적층된 것일 수 있다.
상기 자성 블록의 두께는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 4 mm 이상일 수 있다. 또한, 상기 자성 블록의 두께는 6 mm 이하일 수 있다.
자성부의 자성 특성
상기 자성부는 이동 수단의 무선 충전 표준 주파수 근방에서 일정 수준의 자성 특성을 가질 수 있다.
상기 이동 수단의 무선 충전 표준 주파수는 100 kHz 미만일 수 있고, 구체적으로 79 kHz 내지 90 kHz, 구체적으로 81 kHz 내지 90 kHz, 보다 구체적으로 약 85 kHz일 수 있으며, 이는 휴대폰과 같은 모바일 전자기기에 적용하는 주파수와 구별되는 대역이다.
예를 들어, 상기 자성부의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 5 내지 550,000, 10 내지 550,000, 20 내지 550,000, 5 내지 300, 30 내지 300, 600 내지 3,500, 또는 10,000 내지 550,000일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성부의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 30 내지 300, 600 내지 3,500, 또는 10,000 내지 550,000일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성부의 투자율은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 30 내지 550, 또는 30 내지 200일 수 있다.
또한, 상기 자성부의 투자손실은 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 1 내지 550,000, 1 내지 50,000, 5 내지 30,000, 10 내지 3,000, 10 내지 1,000, 100 내지 1,000, 또는 5,000 내지 50,000일 수 있다.
구체적으로 상기 자성부는 79 kHz 내지 90 kHz의 주파수 대역에서 30 내지 200의 투자율 및 10 내지 3,000의 투자손실을 가질 수 있다.
자성부의 물성
상기 고분자형 자성부는 일정 비율로 신장될 수 있다. 예를 들어 상기 고분자형 자성부의 신장율은 0.5% 이상일 수 있다. 상기 신장 특성은 고분자를 적용하지 않는 세라믹계 자성부에서는 얻기 어려운 것으로, 대면적의 자성부가 충격에 의해 뒤틀림 등이 발생하더라도 손상을 줄여줄 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자형 자성부의 신장율은 0.5% 이상, 1% 이상, 또는 2.5% 이상일 수 있다. 상기 신장율의 상한에는 특별한 제한이 없으나, 신장율 향상을 위해 고분자 수지의 함량이 많아지는 경우, 자성부의 인턱턴스 등의 물성이 떨어질 수 있으므로, 상기 신장율은 10% 이하로 하는 것이 좋다.
상기 자성부는 충격 전후의 물성 변화율이 적으며, 일반적인 페라이트 자성 시트와 비교하여 월등하게 우수하다.
본 명세서에서 어떤 물성의 충격 전후의 물성 변화율(%)은 아래 식으로 계산될 수 있다.
특성 변화율(%) = | 충격 전 특성 값 - 충격 후 특성 값 | / 충격 전 특성 값 x 100
예를 들어, 상기 자성부는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 인덕턴스 변화율이 5% 미만, 또는 3% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 인덕턴스 변화율은 0% 내지 3%, 0.001% 내지 2%, 또는 0.01% 내지 1.5%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 충격 전후의 인덕턴스 변화율이 상대적으로 적어서 자성부의 안정성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 자성부는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 품질계수(Q factor) 변화율이 0% 내지 5%, 0.001% 내지 4%, 또는 0.01% 내지 2.5%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 충격 전후의 물성 변화가 적어서 자성부의 안정성과 내충격성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 자성부는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 저항 변화율이 0% 내지 2.8%, 0.001% 내지 1.8%, 또는 0.1% 내지 1.0%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 실재 충격과 진동이 가해지는 환경에서 반복하여 적용하더라도 저항값이 일정 수준 이하로 잘 유지될 수 있다.
또한, 상기 자성부는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 충전효율 변화율이 0% 내지 6.8%, 0.001% 내지 5.8%, 또는 0.01% 내지 3.4%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 대면적의 자성부가 충격이나 뒤틀림이 반복적으로 발생하더라도 물성을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
열 전달부
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치는, 전자기파 에너지 밀도가 높은 코일부와 가까운 부분에서 열이 발생하는 자성부 및 쉴드부 사이에 열 전달부를 포함함으로써, 상기 자성부로부터 발생되는 열을 상기 쉴드부로 효과적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 상기 무선 충전 장치에 있어서, 상기 열 전달부는 복수개의 열 전달핀을 포함하거나, 열 전달 물질을 포함하는 열 전달층을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 3을 참조하여, 상기 열 전달부(500)는 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400) 사이에 배치되는 복수개의 열 전달핀들(550)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 상기 자성부(300)의 일면 상에 직접 접촉하여 형성되고, 상기 열 전달핀(550)들이 상기 자성부(300)로부터 상기 쉴드부(400)로 연장됨으로써, 자성부(300)로부터 발생되는 열을 상기 쉴드부(400)로 전달하여 효과적으로 열을 배출할 수 있다.
상기 열 전달핀들은 예를 들어, 방열핀들을 포함할 수 있으며, 상기 열 전달부는 복수개의 방열핀들을 포함하는 방열부를 포함할 수 있다.
일반적으로, 자성부 및 쉴드부 사이는 반자기장 발생으로 인해 충전 효율이 급격히 떨어지는 문제를 방지하기 위해, 약 3 mm 내지 10 mm 정도로 빈 공간 또는 스페이서부로 마련된다. 따라서, 상기 자성부 및 쉴드부는 이격되어 배치되는 것이 일반적이다. 그럼에도 불구하고, 상기 스페이서부 또는 빈 공간은 자성부로 인해 열전도도가 상당히 높으며, 이 열을 배출하지 못하는 경우 충전 효율이 급격히 감소하거나 불량이 발생하는 등 여러가지 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 다른 무선 충전 장치는 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이의 빈 공간 또는 스페이서부 대신 열 전달핀을 포함하는 열 전달부를 구비함으로써, 상기 자성부로 인한 열이나 무선 충전 장치 내에서 발생하는 열을 상기 열 전달핀을 통해 쉴드부로 전달할 수 있으므로, 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있고, 이로 인해 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 열 전달부는 복수개의 열 전달핀들을 포함하며, 이는 상기 자성부 전체 면적의 10 % 내지 60 %의 면적, 구체적으로 15 % 내지 55 %의 면적, 더욱 구체적으로 20 % 내지 30 %의 면적을 가질 수 있다.
상기 열 전달부 및 상기 자성부의 두께비는 1:0.3 내지 50, 1:1 내지 20, 1:1 내지 11, 1:0.5 내지 11, 1:0.5 내지 10, 1:1 내지 5, 1:5 내지 11, 1:4 내지 6, 1:10 내지 11, 1:5 내지 6, 1:1 내지 3, 1:1 내지 2, 1:1 내지 1.5, 1:0.8 내지 1.2, 1:0.3 내지 1.2, 또는 1:1 내지 1.1일 수 있다. 상기 열 전달부의 두께는 열 전달핀의 길이를 의미할 수 있다. 상기 열 전달부 및 상기 자성부의 두께비가 상기 범위 미만이면, 쉴드부로의 열 전달 효과가 미미할 수 있고, 상기 범위를 초과하면 무선 충전 장치 전체의 부피가 커지는 문제가 있을 수 있다.
상기 열 전달핀은 지름이 0.5 mm 내지 2.0 mm, 구체적으로 0.6 mm 내지 1.0 mm, 더욱 구체적으로 0.7 mm 내지 0.9 mm 일 수 있다. 상기 열 전달핀이 0.5 mm 미만이면 외부 충격에 의해 쉽게 끊어질 수 있다. 또한, 상기 열 전달핀이 2.0 mm를 초과하는 경우 자기장 형성을 방해할 수 있으며, 이 경우 효과적인 방열을 오히려 방해할 수 있다.
상기 열 전달핀은 길이가 0.5 mm 내지 8 mm, 구체적으로 1 mm 내지 7 mm, 더욱 구체적으로 4 mm 내지 5.6 mm일 수 있다.
또한, 상기 열 전달핀들 간에는 0.5 mm 내지 2.0 mm, 구체적으로 0.6 mm 내지 1.8 mm, 더욱 구체적으로 0.8 mm 내지 1.7 mm의 간격이 형성될 수 있다.
상기 열 전달핀은 1 ㎠ 면적당 열 전달핀 수가 5 내지 60개, 5 내지 55개, 6 내지 50개, 8 내지 50개, 또는 9 내지 49개일 수 있다.
상기 열 전달핀은 절연성 및 열전도성을 갖는다.
예를 들어, 상기 열 전달핀의 전기전도도는 상온에서 2 X 105 S/cm 내지 10 X 105 S/cm, 구체적으로 3 X 105 S/cm 내지 8 X 105 S/cm 일 수 있다. 또한, 상기 열 전달핀의 열전도도는 100 W/m.K 내지 700 W/m.K, 구체적으로 550 W/m.K 내지 650 W/m.K 일 수 있다. 구체적으로, 상기 열 전달핀은 2 X 105 S/cm 내지 10 X 105 S/cm의 전기전도도 및 100 W/m.K 내지 700 W/m.K의 열전도도를 가질 수 있다.
상기 열 전달핀은 표면적이 1 ㎟ 내지 300 ㎟, 구체적으로 3 ㎟ 내지 50 ㎟, 더욱 구체적으로 17 ㎟ 내지 24 ㎟일 수 있다.
상기 열 전달핀은 금, 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 도 2 및 4을 참조하여, 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는, 전자기파 에너지 밀도가 높은 코일부(200)와 가까운 부분에서 열이 발생하는 자성부(300) 및 쉴드부(400) 사이에 열 전달 물질을 포함하는 열 전달부(500)를 포함으로써 효과적으로 열을 배출할 수 있다. 또한, 상기 열 전달부(500)는 열 전달층의 형태로 배치될 수 있다.
상기 무선 충전 장치는 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이의 빈 공간 또는 스페이서부 대신 열 전달 물질을 포함하는 열 전달부를 구비함으로써, 상기 자성부로 인한 열이나 무선 충전 장치 내에서 발생하는 열을 상기 열 전달 물질을 통해 쉴드부로 전달할 수 있으므로, 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있고, 이로 인해 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 열 전달부는 열 전달 물질(Thermal Interface Material, TIM)을 포함하며, 상기 열 전달 물질은 열을 외부로 빠르게 방출시키는 기능을 한다. 상기 열 전달 물질을 통해 열이 발생하는 자성부 및 열을 방출할 수 있는 쉴드부를 상호 연결할 수 있다. 즉, 상기 열 전달 물질은 상기 자성부에서 발생되는 열을 상기 쉴드부에 전달하여 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
상기 열 전달부는 상기 열 전달 물질을 상기 열 전달부 총 부피를 기준으로 10 % 내지 150 %로 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 열 전달부는 열 전달 물질을 상기 열 전달부 총 부피를 기준으로 50 % 내지 150 %, 50 % 내지 110 %, 70 % 내지 110 %, 또는 70 % 내지 100 %의 양으로 포함할 수 있다. 상기 열 전달 물질의 함량이 상기 범위 미만인 경우 열 전달 효과가 미미할 수 있으며, 상기 열 전달 물질의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 무선 충전 장치의 무게증가 및 조립불량의 문제가 생길 수 있다. 따라서, 열 전달 물질의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에서 효과적으로 열을 배출할 수 있으므로 방열 특성 및 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 열 전달 물질은 본 발명의 효과를 저해하지 않은 범위에서 다양한 방열 소재를 사용할 수 있으며, 구체적으로 카본계 물질, 산화물계 물질 및 세라믹계 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Al2O3, AlN, SiO2, 및 Si3N4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열 전달부는 열 전달부 내에 금속성분을 포함하지 않을 수 있다. 상기 열 전달부 내에 금속성분을 포함하는 경우 자기장의 흐름을 방해할 수 있으므로, 본 발명의 효과를 저감시킬 수 있다.
상기 열 전달부는 다양한 방법으로 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 열 전달부는 상기 열 전달 물질 및 바인더 수지를 포함하는 수지 조성물을 제조한 후, 상기 수지 조성물을 상기 자성부 상에 코팅하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 열 전달부는 열 전달 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 코팅층의 형성 방법은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 통상적인 방법으로 수행될 수 있다.
또는, 상기 열 전달부는 상기 열 전달 물질을 포함하는 시트 형태로 제조할 수 있다. 즉, 상기 열 전달부는 열 전달 시트층을 포함할 수 있다. 상기 시트층의 형성 방법은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 통상적인 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 열 전달 물질을 포함하는 시트를 열이 발생하는 부위에 열전도성 접착제에 의해 부착함으로써 상기 자성부 상에 적층할 수 있다. 상기 열전도성 접착제는 금속계, 카본계, 세라믹계 등의 열전도성 소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 열전도성 입자가 분산된 접착제 수지일 수 있다.
상기 열 전달 물질은 절연성 및 열전도성을 갖는다.
예를 들어, 상기 열 전달 물질은 열전도율이 3 W/m.K 내지 20 W/m.K, 4 W/m.K 내지 20 W/m.K, 5 W/m.K 내지 20 W/m.K, 3 W/m.K 내지 10 W/m.K, 10 W/m.K 내지 20 W/m.K, 또는 8 W/m.K 내지 15 W/m.K 일 수 있다.
또한, 상기 열 전달 물질은 비저항이 1 X 102 내지 1 X 1020 Ω·㎝, 1 X 102 내지 1 X 1015 Ω·㎝, 1 X 102 내지 1 X 1010 Ω·㎝, 또는 1 X 105 내지 1 X 1018 Ω·㎝일 수 있다. 상기 열 전달 물질이 상기 범위의 열전도율 및 비저항을 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 방열 효과를 달성 할 수 있다.
상기 열 전달부는 상기 자성부 총 부피를 기준으로 50% 내지 150%, 60% 내지 120%, 50% 내지 100%, 100% 내지 150%, 70% 내지 110%, 또는 70% 내지 100%의 부피를 가질 수 있다.
또한, 상기 열 전달부 및 상기 자성부의 두께비는 1:0.5 내지 50, 1:1 내지 20, 1:1 내지 11, 1:0.5 내지 11, 1:0.5 내지 10, 1:1 내지 5, 1:5 내지 11, 1:4 내지 6, 1:10 내지 11, 1:5 내지 6, 1:1 내지 3, 1:1 내지 2, 1:1 내지 1.5, 1:0.8 내지 1.2, 또는 1:1 내지 1.1일 수 있다. 상기 열 전달부 및 상기 자성부의 두께비가 상기 범위 미만이면, 방열 효과가 급감하는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하면 무선 충전 장치의 무게 증가의 문제가 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 열 전달부는 상기 자성부와 동일하게 대면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 열 전달부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 방열 소재의 면적은 10,000 cm2 이하일 수 있다. 또는 상기 열 전달부는 상기 자성부보다 작은 면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 열 전달부는 상기 코일부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다.
또한, 상기 열 전달부의 두께는 0.5 mm 내지 5.6 mm, 0.5 mm 내지 3 mm, 3.5 mm 내지 5.6 mm, 3 mm 내지 5 mm, 또는 5 mm 내지 5.6 mm일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열 전달부는 상기 자성부 및 상기 쉴드부와 적어도 일부 접촉될 수 있다.
상기 열 전달부와 상기 자성부의 접촉 면적이 상기 자성부의 전체 면적을 기준으로 10 % 내지 100 %, 30 % 내지 100 %, 50 % 내지 100 %, 55 % 내지 100 %, 또는 60 % 내지 100 %일 수 있다.
또한, 상기 열 전달부와 상기 쉴드부와의 접촉 면적이 상기 자성부의 전체 면적을 기준으로 10 % 내지 100 %, 30 % 내지 100 %, 또는 50 % 내지 100 %일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 무선 충전 장치에서, 상기 열 전달부는 열 전달 물질을 포함하는 복수개의 기둥으로 이루어질 수 있다. 상기 복수개의 기둥은 지름이 0.5 mm 내지 2.0 mm, 0.5 mm 내지 1.5 mm, 0.6 mm 내지 1.0 mm, 또는 0.7 mm 내지 0.9 mm 일 수 있다. 상기 기둥이 0.5 mm 미만이면 외부 충격에 의해 쉽게 끊어질 수 있다. 또한, 상기 기둥이 2.0 mm를 초과하는 경우 자기장 형성을 방해할 수 있으므로 효과적인 방열을 오히려 방해할 수 있다.
상기 기둥의 길이는 0.5 mm 내지 8 mm, 0.5 mm 내지 5.6 mm, 1 mm 내지 7 mm, 2 mm 내지 6 mm, 3 mm 내지 6 mm, 또는 4 mm 내지 5.6 mm일 수 있다.
또한, 상기 복수개의 기둥 간에는 0.5 mm 내지 2.0 mm, 0.6 mm 내지 1.8 mm, 0.8 mm 내지 1.7 mm, 또는 0.8 mm 내지 1.5 mm의 간격이 형성될 수 있다.
상기 기둥은 1 ㎠ 면적당 기둥 수(개)가 5 내지 60, 6 내지 50, 8 내지 50, 10 내지 50, 또는 9 내지 49일 수 있다.
쉴드부
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 전자파 차폐를 통해 무선 충전 효율을 높이는 역할을 하는 쉴드부(400)을 포함할 수 있다. 상기 쉴드부(400)는 상기 자성부(300)와 이격되어 형성된다.
상기 쉴드부는 금속판을 포함할 수 있다. 상기 금속판의 소재는 알루미늄일 수 있으며, 그 외 전자파 차폐능을 갖는 금속 또는 합금 소재가 사용될 수 있다.
상기 쉴드부의 두께는 0.2 mm 내지 10 mm, 0.5 mm 내지 5 mm, 또는 1 mm 내지 3 mm일 수 있다.
또한 상기 쉴드부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다.
하우징
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 상기 코일부(200) 및 상기 자성부(300)를 수용하는 하우징(600)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징(600)은 상기 코일부(200), 자성부(300) 및 열 전달부(500) 등의 구성 요소가 적절하게 배치되어 조립될 수 있게 한다. 상기 하우징의 형상(구조)은 그 내부에 포함되는 구성 요소에 따라 또는 환경에 따라 임의로 설정할 수 있다. 상기 하우징의 재질 및 구조는 무선 충전 장치에 사용되는 통상적인 하우징의 재질 및 구조를 채용할 수 있다.
지지부
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 상기 코일부(200)을 지지하는 지지부(100)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부의 재질 및 구조는 무선 충전 장치에 사용되는 통상적인 지지부(지지판)의 재질 및 구조를 채용할 수 있다. 상기 지지부는 평판 구조 또는 코일부를 고정시킬 수 있도록 코일 형태를 따라 홈이 파여진 구조를 가질 수 있다.
이하, 상기 열 전달부를 포함하는 무선 충전 장치의 다양한 구조를 설명한다.
무선 충전 장치의 다양한 구조
도 5 및 도 6은 상기 열 전달부(500)가 복수개의 열 전달핀들(550)을 포함하는 무선 충전 장치(10)의 다양한 예를 나타내는 무선 충전 장치의 단면도이다.
상기 열 전달부(500)는 상기 자성부(300)와 상기 쉴드부(400)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 상기 자성부(300)의 일면 상에 직접 접촉하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 상기 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치된 자성부(300); 상기 자성부(300)와 이격되어 형성된 쉴드부(400); 및 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400) 사이에 복수개의 열 전달핀들(550)을 포함하는 열 전달부(500)를 포함하고, 이때, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 상기 자성부(300)의 일면 상에 직접 접촉하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 상기 쉴드부(400)의 일면 상에 직접 접촉하여 형성함으로써, 자성부(300)에서 발생하는 열을 무선 충전 장치의 최외각층에 존재하는 쉴드부(400)로 열 전달(A)할 수 있으므로, 외부로 열을 배출하는 방열(B) 특성을 더욱 향상시킬 수 있고, 이로 인해 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 도 5 및 6에서 보듯이, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)이 열이 발생하는 부위에 선택적으로 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 상기 코일부(200)가 배치되는 부분에 대응되는 부분(외곽부)에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 복수개의 열 전달핀들은 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또는, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 상기 복수개의 열 전달핀들(550)이 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및 상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 상기 코일부(200)가 배치되는 부분에 대응되는 부분(외곽부)에 배치되고, 상기 코일부가 존재하지 않는 부분(중앙부)에 더 배치될 수 있다. 마찬가지로, 이 경우 상기 자성부(300)에서 발생하는 열을 무선 충전 장치의 최외각층에 존재하는 쉴드부(400)로 열 전달(A)할 수 있으므로, 외부로 열을 배출하는 방열(B) 특성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 10 및 13은 각각 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 자성부 상의 열 전달부의 사시도 및 자성부 및 열 전달부의 상면도이다.
도 10 및 13을 참조하면, 상기 복수개의 열 전달핀들(550)은 열 전달핀 고정부(미도시) 또는 접착제에 의해 자성부(300)의 일면 상에 고정될 수 있으며, 상기 자성부는 그 일부분에 열 전달핀 고정부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성부, 또는 상기 자성부 및 쉴드부의 일면에 열전도성 접착제로 부착됨으로써 고정 될 수 있고, 나아가 방열 효과를 더욱 높일 수 있다.
구체적으로, 상기 복수개의 열 전달핀들은 상기 자성부에 열전도성 접착제에 의해 부착될 수 있다. 상기 열전도성 접착제는 금속계, 카본계, 세라믹계 등의 열전도성 소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 열전도성 입자가 분산된 접착제 수지일 수 있다.
또한, 상기 열 전달핀 고정부는 상기 복수개의 열 전달핀들을 고정하고, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 그 위치, 형태, 크기는 특별히 제한하지 않는다.
상기 복수개의 열 전달핀들은 상기 자성부에서 발생한 열을 외부로 효과적으로 배출하기 위해 상기 쉴드부와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 열 전달핀은 상기 쉴드부와 직접 또는 열전도성 매개체에 의해 연결될 수 있다. 상기 열전도성 매개체는 상기 복수개의 열 전달핀들과 동일한 성분이거나 또는 다른 성분으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 매개체는 세라믹 소재 또는 카본계 소재로 구성될 수 있다. 또는 상기 열전도성 매개체는 상기 쉴드부와 동일 소재로 구성될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄으로 구성될 수 있다
한편, 도 11 및 12를 참조하면, 상기 자성부(300)는 상기 복수개의 열 전달핀들(550)이 상기 자성부(300)의 내부로 삽입되어 고정된 열 전달핀 삽입부(580)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 자성부의 내부에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 자성부가 몰드에 의해 입체 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 열 전달핀이 접착제 또는 열 전달핀 고정부 없이 상기 자성부의 내부로 삽입되어 고정될 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달핀은 접착제 또는 열 전달핀 고정부 없이 상기 자성부의 내부에 삽입될 수 있도록 몰드를 통해 고분자형 자성부를 성형한 뒤 열 전달핀을 삽입할 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 복수개의 열 전달핀들이 쉴드부와 접촉하여 고정되도록 상기 복수개의 열 전달핀들이 열전도성 접착제에 의해 쉴드부와 부착될 수 있다.
상기 열 전달핀 삽입부는 상기 자성부의 전체 두께 기준으로 1 mm 내지 5 mm 깊이로 삽입된 복수개의 열 전달핀들을 포함할 수 있다. 상기 열 전달핀 삽입부는 상기 자성부의 전체 두께 기준으로 구체적으로 2 mm 내지 4 mm, 더욱 구체적으로 2.5 mm 내지 3 mm일 수 있다. 상기 열 전달핀이 상기 범위내로 상기 자성부에 삽입되는 경우, 무선 충전 장치 내에서 열이 가장 높은 코일부에 더 근접하고 자성부 내부에 열 전달핀이 위치하게 되므로, 더욱 효과적으로 열을 배출할 수 있는 장점이 있으며, 이 경우 충전 효율이 더욱 향상될 수 있다.
마찬가지로, 상기 복수개의 열 전달핀들은 열이 발생하는 부위에 선택적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 복수개의 열 전달핀들은 상기 코일부가 존재하는 영역에 대응하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 복수개의 열 전달핀들은 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 9는 상기 열 전달부가 열 전달 물질을 포함하는 열 전달부를 포함하는 무선 충전 장치의 다양한 예를 나타내는 무선 충전 장치의 단면도이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 무선 충전 장치(10)는 상기 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치된 자성부(300); 상기 자성부(300)와 이격되어 형성된 쉴드부(400); 및 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400) 사이에 열 전달 물질을 포함하는 열 전달부(500)를 포함한다. 이때, 상기 열 전달부는 열 전달 코팅층 또는 열 전달 시트층을 포함하는 열 전달층일 수 있다.
또한, 상기 무선 충전 장치(10)에서 상기 열 전달부(500)는 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400)와 적어도 일부 접촉될 수 있다.
일례로서, 도 7을 참조하면, 상기 열 전달부(500)는 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400)와 전부 접촉될 수 있다. 상기 열 전달부(500)에서 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 영역을 외곽부로 정의하고, 상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 영역을 중심부라 할 때, 상기 열 전달부의 외곽부 및 중심부의 두께는 동일할 수 있다. 이 경우, 상기 열 전달부가 상기 자성부 및 상기 쉴드부 전부에 접촉되므로, 상기 자성부에서 발생하는 열을 열 전달부에 포함되는 열 전달 물질을 통해 상기 쉴드부에 효과적으로 전달함으로써, 방열 효과를 극대화할 수 있다. 상기 중심부는 코일부가 존재하지 않는 부분일 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 상기 열 전달부(500)는 상기 자성부(300) 및 상기 쉴드부(400)와 코일부(200)가 배치되는 부분인 외곽부에만 접촉될 수 있다. 이 경우, 상기 열 전달부는 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 상기 열 전달부(500)는 상기 자성부(300)와는 전부 접촉하나, 상기 쉴드부(400)과는 코일부(200)가 배치되는 부분인 외곽부(510)에만 접촉될 수 있다. 상기 열 전달부에서 상기 외곽부(510)의 두께는 상기 중심부(520)의 두께에 비해 보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 열 전달부는 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이 외에도 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 상기 열 전달부는 다양한 구조로 변형될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열 전달부는 열 전달 물질을 포함하는 복수개의 기둥으로 이루어질 수 있다. 상기 복수개의 기둥의 구체적인 특징은 상술한 열 전달핀들과 동일 또는 유사할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 무선 충전 장치는 상기 코일부; 상기 코일부 상에 배치된 자성부; 상기 자성부와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 열 전달 물질을 포함하는 복수개의 기둥으로 이루어진 열 전달부를 포함하고, 이때, 상기 복수개의 기둥은 상기 자성부의 일면 상에 직접 접촉하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수개의 기둥은 상기 쉴드부의 일면 상에 직접 접촉하여 형성함으로써, 자성부에서 발생하는 열을 무선 충전 장치의 최외각층에 존재하는 쉴드부를 통해 배출할 수 있다.
한편, 상기 복수개의 기둥은 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부에 배치될 수 있다. 상기 복수개의 기둥은 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 복수개의 기둥은 상기 외곽부, 및 상기 코일부가 존재하지 않는 부분(중앙부)에 배치될 수 있다.
상기 복수개의 기둥은 상기 자성부의 일면 상에 직접 접촉하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 고정부(미도시) 또는 접착제에 의해 자성부와 고정될 수 있다.
구체적으로, 상기 복수개의 기둥은 상기 자성부, 또는 상기 자성부 및 쉴드부의 일면에 열전도성 접착제에 의해 부착될 수 있다. 상기 열전도성 접착제는 금속계, 카본계, 세라믹계 등의 열전도성 소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 열전도성 입자가 분산된 접착제 수지일 수 있다.
또한, 상기 고정부는 상기 복수개의 기둥을 고정하고, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 그 위치, 형태, 크기는 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 자성부는 몰드에 의해 입체 구조로 형성될 수 있으며, 성형 시, 그 일부분에 고정부를 포함하도록 성형될 수 있고, 상기 자성부에 포함된 고정부를 통해 상기 복수개의 기둥이 고정될 수 있다.
상기 복수개의 기둥은 상기 자성부에서 발생한 열을 외부로 효과적으로 배출하기 위해 상기 쉴드부와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 기둥은 상기 쉴드부와 직접 또는 열전도성 매개체에 의해 연결될 수 있다. 상기 열전도성 매개체는 상기 복수개의 기둥과 동일한 성분이거나 또는 다른 성분으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 매개체는 세라믹 소재 또는 카본계 소재로 구성될 수 있다. 또는 상기 열전도성 매개체는 상기 쉴드부와 동일 소재로 구성될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄으로 구성될 수 있다
[이동 수단]
상기 구현예에 따른 무선 충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 14는 이동 수단(1)의 일례로서 전기 자동차에 적용된 예를 도시한 것으로서, 도 14을 참조하면, 일 구현예에 따른 이동 수단(1)은, 상기 구현예에 따른 무선 충전 장치를 수신기(720)로 포함한다. 상기 무선 충전 장치는 이동 수단(1)의 무선 충전의 수신기로 역할하고 무선 충전의 송신기(730)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
구체적으로, 상기 이동 수단은 무선 충전 장치를 포함하는 이동 수단으로서, 상기 무선 충전 장치는 코일부; 상기 코일부 상에 배치되는 자성부; 상기 자성부와 이격되어 형성된 쉴드부; 및 상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 배치되는 열 전달부를 포함한다.
상기 이동 수단에 포함되는 무선 충전 장치의 각 구성요소들의 구성 및 특징은 앞서 설명한 바와 같다.
상기 무선 충전 장치는 상기 자동차의 하부에 구비될 수 있다.
상기 이동 수단은 상기 무선 충전 장치로부터 전력을 전달받는 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 무선 충전 장치는 무선으로 전력을 전송받아 상기 배터리에 전달하고, 상기 배터리는 상기 이동 수단의 구동계에 전력을 공급할 수 있다. 상기 배터리는 상기 무선 충전 장치 또는 그 외 추가적인 유선충전 장치로부터 전달되는 전력에 의해 충전될 수 있다.
또한 상기 이동 수단은 충전에 대한 정보를 이동 수단용 무선 충전 시스템의 송신기에 전달하는 신호 전송기를 더 포함할 수 있다. 이러한 충전에 대한 정보는 충전 속도와 같은 충전 효율, 충전된 정도 등일 수 있다.
[부호의 설명]
1 : 이동 수단(전기 자동차) 10 : 무선 충전 장치
100 : 지지부 200 : 코일부
300 : 자성부 400 : 쉴드부
500 : 열 전달부 510 : 외곽부
520 : 중심부
550: 열 전달핀 580: 열 전달핀 삽입부
600 : 하우징 700 : 스페이서부
720 : 수신기 730 : 송신기
(A) : 열 전달 (B) : 방열
A-A': 절개선 B-B': 절개선

Claims (12)

  1. 코일부;
    상기 코일부 상에 배치되는 자성부;
    상기 자성부와 이격되어 형성된 쉴드부; 및
    상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 배치되는 열 전달부를 포함하는, 무선 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달부가 복수개의 열 전달핀들을 포함하고,
    상기 복수개의 열 전달핀들이 상기 자성부의 일면 상에 직접 접촉하여 형성되고, 상기 열 전달핀들이 상기 자성부로부터 상기 쉴드부로 연장되는, 무선 충전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 전달부 및 상기 자성부의 두께비가 1: 0.3 내지 50이고,
    상기 복수개의 열 전달핀들이 상기 자성부 전체 면적의 10 % 내지 60 %의 면적을 갖는, 무선 충전 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 열 전달핀들이 열 전달핀 고정부 또는 접착제에 의해 상기 자성부의 일면 상에 고정되거나, 또는
    상기 자성부가 상기 열 전달핀 고정부 또는 접착제 없이 상기 자성부의 내부로 삽입되어 고정된 열 전달핀 삽입부를 더 포함하는, 무선 충전 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 전달핀은 지름이 0.5 mm 내지 2.0 mm이고, 길이가 0.5 mm 내지 8 mm 이며, 열 전달핀들 간에는 0.5 mm 내지 2.0 mm의 간격이 형성되거나,
    1 ㎠ 면적당 열 전달핀 수가 5 내지 60개이거나,
    1 ㎟ 내지 300 ㎟의 표면적을 갖는, 무선 충전 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 전달핀이 100 W/m.K 내지 700 W/m.K의 열전도도를 갖고, 상온에서 2 X 105 S/cm 내지 10 X 105 S/cm의 전기전도도를 갖는, 무선 충전 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 전달핀이 금, 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 쉴드부와 직접 접촉하여 형성되는, 무선 충전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달부가 열 전달 물질을 포함하는 열 전달 코팅층 또는 열 전달 시트층을 포함하는, 무선 충전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 전달 물질이 3 W/m.K 내지 20 W/m.K의 열전도율을 갖거나, 1 X 102 내지 1 X 1020 Ω·㎝의 비저항을 갖는, 무선 충전 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 전달 물질이 카본계 물질, 산화물계 물질 및 세라믹계 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 열 전달부 내에 금속성분을 포함하지 않는, 무선 충전 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 전달부가 상기 자성부 총 부피를 기준으로 50% 내지 150%의 부피를 갖거나,
    상기 열 전달부 및 상기 자성부의 두께비가 1 : 0.5 내지 50이거나,
    상기 열 전달부가 상기 자성부 및 상기 쉴드부와 적어도 일부 접촉하고, 이때 상기 열 전달부와 상기 자성부의 접촉 면적이 상기 자성부의 전체 면적을 기준으로 10 % 내지 100 %이거나, 상기 열 전달부와 상기 쉴드부와의 접촉 면적이 상기 자성부의 전체 면적을 기준으로 10 % 내지 100 %인, 무선 충전 장치.
  12. 무선 충전 장치를 포함하고,
    상기 무선 충전 장치는
    코일부;
    상기 코일부 상에 배치되는 자성부;
    상기 자성부와 이격되어 형성된 쉴드부; 및
    상기 자성부 및 상기 쉴드부 사이에 배치되는 열 전달부를 포함하는, 이동 수단.
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