WO2021086125A1 - 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 - Google Patents

무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 Download PDF

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김태경
최종학
김나영
이승환
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the embodiment relates to a wireless charging device and a moving means including the same. More specifically, the embodiment relates to a wireless charging device with improved charging efficiency by applying a heat dissipation structure and a moving means such as an electric vehicle 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, electric vehicles, 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.
  • a magnetic material is disposed adjacent to a coil in order to improve wireless charging efficiency, and a metal plate for shielding is disposed at a predetermined distance from the magnetic material.
  • the wireless charging device generates heat during the wireless charging operation due to the resistance of the coil and the magnetic loss of the magnetic material.
  • the magnetic material in the wireless charging device generates heat near the coil with high electromagnetic wave energy density, and the generated heat changes the magnetic properties of the magnetic material, causing impedance mismatch between the transmitter and the receiver, resulting in lower charging efficiency.
  • intensifying fever There was a problem of intensifying fever.
  • such a wireless charging device is mainly installed under the electric vehicle, it is difficult to implement a heat dissipation structure because it employs a sealed structure for dustproof, waterproof, and shock absorption.
  • Patent Document 1 Korean Patent Application Publication No. 2011-0042403
  • a sintered ferrite sheet as a magnetic material is mainly disposed between the coil and the metal plate, especially on one side close to the coil, but the sintered ferrite sheet has a heavy specific gravity and the distance between the coil and the metal plate becomes close (e.g. 10 mm). Less than) there is a problem that the efficiency is sharply decreased. Accordingly, a separate structure such as a spacer is required to maintain the distance between the coil and the metal plate and to stably fix the sintered ferrite sheet, thereby increasing the cost of the assembly process. In addition, heat is generated from the coil and the sintered ferrite sheet during charging.
  • the heat generated from the sintered ferrite sheet is difficult to be transferred and radiated to air or spacers having low thermal conductivity properties. Accordingly, the magnetic properties of the sintered ferrite sheet having an increased temperature are deteriorated and the inductance value of the coil is changed accordingly, thereby lowering the charging efficiency and causing more severe heat generation.
  • the magnetic material is thick enough to fill the empty space between the coil and the metal plate, the heat dissipation characteristics can be improved. Also rises significantly.
  • a method of filling all the empty spaces between the magnetic body and the metal plate with a heat dissipating material is being considered, but in this case, the charging efficiency decreases and the manufacturing cost increases due to the electrical conductivity or insulation of the heat dissipating material, or the empty space between the magnetic body and the metal plate. If only some of them are filled with heat-dissipating material, heat dissipation performance will not be sufficient.
  • the object of the embodiment is to provide a wireless charging device having improved charging efficiency and heat dissipation characteristics by applying a magnetic portion of a three-dimensional structure, and a moving means including the same.
  • the coil unit And a first magnetic portion disposed on the coil portion, wherein the first magnetic portion includes an outer portion corresponding to a portion where the coil portion is disposed; And a central portion surrounded by the outer portion, wherein a thickness of the outer portion is greater than that of the central portion.
  • the wireless charging device includes a coil unit; And a first magnetic portion disposed on the coil portion, wherein the first magnetic portion includes an outer portion corresponding to a portion where the coil portion is disposed; And a central portion surrounded by the outer portion, wherein a thickness of the outer portion is greater than that of the central portion.
  • charging efficiency and heat dissipation characteristics may be improved by applying a three-dimensional structure to the magnetic portion used in the wireless charging device. Specifically, by increasing the thickness of the magnetic part near the coil part where the electromagnetic energy is concentrated during wireless charging, and reducing the thickness of the magnetic part in the center of which the electromagnetic energy density is relatively low, the heat generated from the magnetic part is increased while increasing the wireless charging efficiency. Can be lowered.
  • 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.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views of a wireless charging device according to various embodiments.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to another embodiment.
  • 4A to 4C are cross-sectional views of a wireless charging device according to various embodiments.
  • 5, 6 and 7A are an exploded perspective view, a perspective view, and a cross-sectional view of a wireless charging device according to another embodiment, respectively.
  • 7B to 8B are cross-sectional views of a wireless charging device according to another embodiment.
  • FIG 9 shows an electric vehicle to which a wireless charging device is applied as a receiver.
  • one component is formed above or below another component, in which one component is directly above or below another component, or indirectly through another component. It includes all that are formed by.
  • a wireless charging device includes a coil unit; And a first magnetic portion disposed on the coil portion, wherein the first magnetic portion includes an outer portion corresponding to a portion where the coil portion is disposed; And a central portion surrounded by the outer portion, and a thickness of the outer portion is greater than a thickness of the central portion.
  • the wireless charging device may further include a shield portion disposed on the first magnetic portion.
  • the wireless charging device 10 includes: a coil unit 200 including a conductive wire; A shield part 400 disposed on the coil part 200; And a first magnetic part 300 disposed between the coil part 200 and the shield part 400, wherein the first magnetic part 300 corresponds to a portion where the coil part 200 is disposed.
  • An outer portion 310 and a central portion 320 surrounded by the outer portion 310 may be included, and a thickness of the outer portion 310 may be greater than a thickness of the central portion 320.
  • charging efficiency and heat dissipation characteristics may be improved by applying a three-dimensional structure to the magnetic portion used in the wireless charging device. Specifically, by increasing the thickness of the magnetic part near the coil part where the electromagnetic energy is concentrated during wireless charging, and reducing the thickness of the magnetic part in the center of which the electromagnetic energy density is relatively low, the heat generated from the magnetic part is increased while increasing the wireless charging efficiency. Can be lowered.
  • the wireless charging device 10 includes: a coil unit 200 including a conductive wire; A shield part 400 disposed on the coil part 200; And a first magnetic portion 300 and a second magnetic portion 500 disposed between the coil portion 200 and the shield portion 400, and the first magnetic portion 300 is the coil portion 200 ) Includes an outer portion 310 corresponding to a portion where the outer portion is disposed and a central portion 320 surrounded by the outer portion 310, and the thickness of the outer portion 310 is greater than the thickness of the central portion 320 It is large, and the second magnetic portion 500 may have a higher magnetic permeability at 85 kHz than that of the first magnetic portion 300.
  • charging efficiency and heat dissipation characteristics can be improved together by applying a three-dimensional structure to a magnetic portion used in a wireless charging device and providing two types of magnetic portions.
  • the introduction of the second magnetic part which has a higher permeability than the first magnetic part, effectively distributes the magnetic flux density and heat dissipation to increase wireless charging efficiency, while dissipating heat generated from the second magnetic part through the shield part to dissipate heat. Properties can also be improved.
  • the wireless charging device 10 according to the embodiment, the coil unit 200; A first magnetic part 300 disposed on the coil part 200; A second magnetic portion 500 disposed on the first magnetic portion 300 and having a magnetic permeability different from that of the first magnetic portion 300; And a third magnetic portion 700 disposed on the second magnetic portion 500 and having a magnetic permeability different from that of the second magnetic portion 500.
  • heat generated during wireless charging can be effectively dispersed through the distribution of magnetic flux by combining three different types of magnetic parts, thereby improving charging efficiency and heat dissipation characteristics.
  • the three types of magnetic parts have a significant difference in terms of magnetic properties such as permeability, but when there are two or more magnetic parts, the magnetic flux density increases in the order of the magnitude of the magnetic permeability. Can be distributed in any direction.
  • heat since heat is generated in proportion to the amount of magnetic flux focused on the magnetic portion and the investment loss during wireless charging, heat can be effectively transferred to the shield portion and discharged to the outside by appropriately arranging the three types of magnetic portions.
  • by adjusting the thickness and shape of each magnetic portion in consideration of the physical properties and magnetic properties of the three types of magnetic portions, it is possible to improve impact resistance and reduce manufacturing cost without impairing charging efficiency.
  • 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 a circular shape, 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 coil unit may be disposed to be spaced apart from the magnetic unit, for example, the first magnetic unit at a predetermined interval.
  • the separation distance between the coil part and the first magnetic 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 wireless charging device may further include a shield unit disposed on the first magnetic unit.
  • the wireless charging device when the wireless charging device further includes a second magnetic portion and a third magnetic portion in addition to the first magnetic portion, the shield portion may be disposed thereon.
  • the shield unit suppresses electromagnetic interference (EMI) that may occur due to leakage of electromagnetic waves to the outside through electromagnetic wave shielding.
  • EMI electromagnetic interference
  • the shield part may be disposed to be spaced apart from the coil part by a predetermined distance.
  • the separation distance between the shield part and the coil part may be 10 mm or more or 15 mm or more, and specifically 10 mm to 30 mm, or 10 mm to 20 mm.
  • the shield portion may be disposed to be spaced apart from the magnetic portion, for example, the first magnetic portion by a predetermined interval.
  • a separation distance between the shield part and the first magnetic part may be 3 mm or more, 5 mm or more, 3 mm to 10 mm, or 4 mm to 7 mm.
  • the material of the shield part may be, for example, metal, and accordingly, the shield part may be a metal plate, but is not particularly limited.
  • the material of the shield unit 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.
  • a part of the first magnetic part may contact the shield part.
  • the outer portion 310 of the first magnetic portion 300 may contact the shield portion 400.
  • at least a portion of an outer portion of the first magnetic portion may contact the shield portion.
  • one surface of the outer portion of the first magnetic portion may contact the shield portion.
  • the central portion of the first magnetic portion may not contact the shield portion.
  • the first magnetic part may include magnetic powder and a binder resin.
  • the first magnetic part may include a binder resin and magnetic powder dispersed in the binder resin.
  • the first magnetic portion may have fewer defects in a large area and less damage due to impact.
  • the magnetic powder may be an oxide-based magnetic powder, a metallic magnetic powder, or a mixed powder thereof.
  • the oxide-based magnetic powder may be a ferrite-based powder, specifically, a Ni-Zn-based, Mg-Zn-based, or Mn-Zn-based ferrite powder.
  • the metallic magnetic powder may be a Fe-Si-Al alloy magnetic powder, or a Ni-Fe alloy magnetic powder, and more specifically, may be a sanddust powder or a permalloy powder.
  • 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 magnetic powder may be a nanocrystalline magnetic powder, for example, a Fe-based nanocrystalline magnetic powder, specifically Fe-Si-Al-based nanocrystalline magnetic powder, Fe-Si-Cr It may be a nanocrystalline magnetic powder or Fe-Si-B-Cu-Nb nanocrystalline magnetic powder.
  • 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 first magnetic part may include the magnetic powder in an amount of 10% by weight or more, 50% by weight or more, 70% by weight or more, or 85% by weight or more.
  • the first magnetic part contains 10% to 99% by weight of the magnetic powder, 10% to 95% by weight, 50% to 95% by weight, 50% to 92% by weight, and 70% to 95% by weight. It may be included in an amount of wt%, 80 wt% to 95 wt%, or 80 wt% to 90 wt%.
  • binder resin polyimide resin, polyamide resin, polycarbonate resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, polyphenyl sulfide (PSS) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, silicone resin, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, isocyanate resin, epoxy resin, etc.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PES polyphenyl sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • the binder resin may be a curable resin.
  • the binder resin may be a photocurable resin and/or a thermosetting resin, and in particular, may be a resin capable of being cured to exhibit adhesiveness.
  • the binder resin 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.
  • Such a functional group or moiety may be, for example, an isocyanate group (-NCO), a hydroxy group (-OH), or a carboxyl group (-COOH).
  • the first magnetic part may contain the binder resin in an amount of 5 wt% to 40 wt%, 5 wt% to 20 wt%, 5 wt% to 15 wt%, or 7 wt% to 15 wt%.
  • the first magnetic part based on the weight thereof, as the binder resin, 6% to 12% by weight of a polyurethane-based resin, 0.5% to 2% by weight of an isocyanate-based curing agent, and 0.3% to 1.5% by weight It may contain an epoxy resin.
  • the first magnetic unit may have magnetic characteristics within a certain range in the vicinity of a standard frequency for wireless charging of an electric vehicle.
  • the standard frequency of wireless charging of the electric vehicle may be less than 100 kHz, for example, 79 kHz to 90 kHz, specifically 81 kHz to 90 kHz, and more specifically about 85 kHz, which may be used in mobile electronic devices such as mobile phones. It is a band that is distinct from the applied frequency.
  • the magnetic permeability may vary depending on the material, but may be 5 or more, for example, 5 to 150,000, and may be 5 to 300, 500 to 3,500, or 10,000 to 150,000, depending on the specific material.
  • the investment loss at the frequency of 85 kHz of the first magnetic part may vary depending on the material, but may be 0 or more, for example, 0 to 50,000, and 0 to 1,000, 1 to 100, 100 to 1,000, or It may be between 5,000 and 50,000.
  • the magnetic permeability at a frequency of 85 kHz of the first magnetic part is, for example, 5 to 130, 15 to 80, or 10 to It may be 50, and the investment loss may be 0 to 20, 0 to 15, or 0 to 5.
  • the first magnetic portion may be elongated at a predetermined ratio.
  • the elongation rate of the first magnetic portion may be 0.5% or more.
  • the elongation property is difficult to obtain in a ceramic-based magnetic material to which a polymer is not applied, and damage can be reduced even if a large-area magnetic portion is distorted due to an impact.
  • the elongation rate of the first magnetic portion may be 0.5% or more, 1% or more, or 2.5% or more.
  • the upper limit of the elongation but when the content of the polymer resin is increased to improve the elongation, since properties such as inductance of the magnetic portion may be deteriorated, the elongation is preferably within 10%.
  • the first magnetic portion has a small rate of change in characteristics before and after impact, and is superior to a general ferrite magnetic sheet.
  • the first magnetic part 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 first magnetic part has a rate of change of the quality factor (Q factor, Ls/Rs) before and after the impact applied by free fall from a height of 1 m from 0% to 5%, from 0.001% to 4%, or from 0.01% to 2.5% Can be When it is within the above range, there is little change in characteristics before and after impact, so that the stability and impact resistance of the magnetic portion may be more improved.
  • Q factor quality factor
  • the first magnetic part may have a resistance change rate before and after the impact applied by free falling 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 resistance value can be well maintained below a certain level.
  • the rate of change of the charging efficiency before and after the impact applied by free falling from a height of 1 m may be 0% to 6.8%, 0.001% to 5.8%, or 0.01% to 3.4%.
  • the rate of change of the charging efficiency before and after the impact applied by free falling from a height of 1 m may be 0% to 6.8%, 0.001% to 5.8%, or 0.01% to 3.4%.
  • the first magnetic portion 300 includes an outer portion 310 corresponding to a portion in which the coil portion 200 is disposed; And a central portion 320 surrounded by the outer portion 310, and a thickness of the outer portion 310 may be greater than a thickness of the central portion 320. That is, an outer portion of the first magnetic portion may correspond to a portion of the coil portion with a high density of the conductive wire, and a central portion of the first magnetic portion may correspond to a portion of the coil portion with a low density of the conductive wire. In this case, the outer portion and the central portion of the first magnetic portion may be integrally formed with each other.
  • the thickness of the magnetic part near the coil where electromagnetic energy is concentrated during wireless charging is increased, and the thickness of the magnetic part in the center where the electromagnetic energy density is relatively low due to the absence of the coil is reduced, thereby effectively focusing and charging the electromagnetic waves concentrated around the coil.
  • the distance between the coil unit and the shield unit can be reliably maintained without a separate spacer, it is possible to reduce the material cost and process cost according to the use of the spacer or the like.
  • the outer portion of the first magnetic portion may have a thickness that is 1.5 times or more thicker than that of the central portion.
  • the thickness ratio of the outer portion/center portion of the first magnetic portion may be 2 or more, 3 or more, or 5 or more.
  • the thickness ratio may be 100 or less, 50 or less, 30 or less, or 10 or less. More specifically, the thickness ratio may be 1.5 to 100, 2 to 50, 3 to 30, or 5 to 10.
  • the thickness of the outer portion of the first magnetic part may be 1 mm or more, 3 mm or more, or 5 mm or more, and may be 30 mm or less, 20 mm or less, or 11 mm or less.
  • the thickness of the central portion of the first magnetic portion may be 10 mm or less, 7 mm or less, or 5 mm or less, and may be 0 mm, 0.1 mm or more, or 1 mm or more.
  • the outer portion of the first magnetic portion may have a thickness of 5 mm to 11 mm, and the center portion may have a thickness of 0 mm to 5 mm.
  • the first magnetic portion 300 when the thickness of the central portion 320 of the first magnetic portion 300 is 0, the first magnetic portion 300 may have a shape in which the central portion 320 is empty (for example, For donut shape). In this case, the charging efficiency may be effectively improved even with a smaller area of the first magnetic part.
  • the first magnetic portion 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.
  • the first magnetic part may have an area of 10,000 cm 2 or less.
  • the large-area first magnetic unit may be configured by combining a plurality of magnetic units, and in this case, the area of the magnetic units may be 60 cm 2 or more, 90 cm 2 or more, or 95 cm 2 to 900 cm 2 .
  • the first magnetic portion may have an empty shape in the center, and in this case, the first magnetic portion may have an area of the outer portion, that is, an area corresponding to the coil portion.
  • the first magnetic part may be a magnetic block manufactured by a method such as molding through a mold.
  • the first magnetic part may be formed into a three-dimensional structure through a mold.
  • Such a magnetic sheet may be formed into a three-dimensional structure by mixing magnetic powder and a binder resin and injecting it into a mold by injection molding or the like.
  • the first magnetic part may be a stack of magnetic sheets, for example, 20 or more magnetic sheets, or 50 or more magnetic sheets may be stacked.
  • one or more additional magnetic sheets may be further stacked only on the outer portion of the first magnetic portion.
  • the thickness of the individual magnetic sheet may be 80 ⁇ m or more, or 85 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • Such a magnetic sheet may be manufactured by a conventional sheet forming process such as mixing magnetic powder and a binder resin into a slurry, forming a sheet shape, and curing.
  • the wireless charging device may further include a second magnetic portion in addition to the first magnetic portion. Accordingly, the charging efficiency of the wireless charging device may be improved and heat dissipation characteristics may be improved. Specifically, as shown in FIG. 3, a second magnetic portion 500 disposed on the outer portion 310 of the first magnetic portion 300 may be additionally included.
  • the wireless charging device may further include a second magnetic portion disposed between the first magnetic portion and the shield portion, and the second magnetic portion may have a higher magnetic permeability at 85 kHz than the first magnetic portion.
  • the second magnetic unit may have magnetic characteristics within a specific range in the vicinity of a standard frequency for wireless charging of an electric vehicle.
  • the magnetic permeability may vary depending on the material, may be widely 5 to 150,000, and may be 5 to 300, 500 to 3,500, or 10,000 to 150,000 depending on the specific material.
  • the investment loss at the frequency of 85 kHz of the second magnetic part may vary depending on the material, may be 0 to 50,000 in a wide range, and 0 to 1,000, 1 to 100, 100 to 1,000, or 5,000 to 50,000 depending on the specific material.
  • the magnetic permeability at a frequency of 85 kHz may be 1,000 to 5,000, or 2,000 to 4,000, and the investment loss may be 0 to 1,000, 0 to 100, or 0 to 50 days. I can.
  • the second magnetic portion may have a higher magnetic permeability at 85 kHz than that of the first magnetic portion.
  • the difference in permeability at 85 kHz between the second magnetic portion and the first magnetic portion may be 100 or more, 500 or more, or 1,000 or more, and specifically 100 to 5,000, 500 to 4,000, or 1,000 to 4,000 days I can.
  • the first magnetic portion may have a permeability of 5 to 300 at a frequency of 85 kHz
  • the second magnetic portion may have a permeability of 1,000 to 5,000 at a frequency of 85 kHz.
  • the magnetic flux density is higher as it approaches the coil, but when the magnetic material is around the coil, the magnetic flux is focused on the magnetic material, and when there is more than one magnetic material, the magnetic flux density increases in the order of the magnetic permeability. Accordingly, if the second magnetic portion having a higher magnetic permeability than the first magnetic portion is properly disposed, the magnetic flux can be effectively distributed.
  • the horizontal thermal conductivity of the second magnetic part may be 1 W/m ⁇ K or more, for example, 1 W/m ⁇ K to 30 W/m ⁇ K, or 10 W/m ⁇ K to 20 W/m ⁇ K Can be
  • the vertical thermal conductivity of the second magnetic part may be 0.1 W/m ⁇ K or more, for example, 0.1 W/m ⁇ K to 2 W/m ⁇ K, or 0.5 W/m ⁇ K to 1.5 W/m ⁇ K Can be
  • the second magnetic part may have a horizontal thermal conductivity of 1 W/m ⁇ K to 30 W/m ⁇ K and a vertical thermal conductivity of 0.1 W/m ⁇ K to 2 W/m ⁇ K.
  • heat generated during wireless charging due to an investment loss in the second magnetic portion may be discharged through the shield portion adjacent to the second magnetic portion.
  • the second magnetic part may include an oxide-based magnetic material, a metallic magnetic material, or a composite material thereof.
  • the oxide-based magnetic material may be a ferritic magnetic material, and a specific chemical formula may be represented by MOFe 2 O 3 (where M is one or more divalent metal elements such as Mn, Zn, Cu, and Ni).
  • MOFe 2 O 3 where M is one or more divalent metal elements such as Mn, Zn, Cu, and Ni.
  • the ferritic material is advantageous in terms of magnetic properties such as magnetic permeability that it is a sintered body.
  • the ferritic sintered body may be prepared in the form of a sheet or block by mixing raw material components, calcination, pulverization, mixing with a binder resin, molding, and sintering.
  • the oxide-based magnetic material may be Ni-Zn-based, Mg-Zn-based, or Mn-Zn-based ferrite.
  • Mn-Zn-based ferrite is high over a temperature range of room temperature to 100°C or higher at a frequency of 85 kHz. It can exhibit permeability, low investment loss, and high saturation magnetic flux density.
  • the Mn-Zn-based ferrite contains iron oxide Fe 2 O 3 66 mol% to 70 mol%, ZnO 10 mol% to 20 mol%, MnO 8 mol% to 24 mol%, and NiO 0.4 mol% to 2 mol% as main components. And may contain SiO 2 , CaO, Nb 2 O 5 , ZrO 2 , SnO, etc. as other subcomponents.
  • the Mn-Zn-based ferrite is pulverized by adding a minor component after mixing the main component in a predetermined molar ratio and calcining in the air at a temperature of 800° C. to 1100° C.
  • the temperature may be increased to 1200° C. to 1300° C. and then calcined for 2 hours or more to form a sheet or block. Then, if necessary, it is processed using a wire saw or a water jet, and then cut to the required size.
  • a binder such as polyvinyl alcohol (PVA)
  • the metallic magnetic material may be a Fe-Si-Al alloy magnetic material, or a Ni-Fe alloy magnetic material, and more specifically, may be sandust or permalloy.
  • the second magnetic part may include a nanocrystalline magnetic material, for example, an Fe-based nanocrystalline magnetic material, specifically, an Fe-Si-Al-based nanocrystalline magnetic material, and a Fe-Si-Cr-based nanocrystal. It may include a magnetic material, or a Fe-Si-B-Cu-Nb-based nanocrystalline magnetic material.
  • the resistance (Rs) decreases even if the inductance (Ls) of the coil decreases, so that the quality factor of the coil (Q factor: Ls/ As Rs) increases, charging efficiency can be improved and heat generation can be reduced.
  • the second magnetic portion may include a magnetic material different from the first magnetic portion.
  • the first magnetic portion may include an Fe-Si-Al-based alloy magnetic material
  • the second magnetic portion may include an Mn-Zn-based ferrite. The combination of these materials is advantageous in that the second magnetic portion has a higher magnetic permeability at 85 kHz than that of the first magnetic portion.
  • the second magnetic part may have a sheet shape or a block shape.
  • the thickness of the second magnetic part may be 0.5 mm to 5 mm, specifically, 0.5 mm to 3 mm, 0.5 mm to 2 mm, or 1 mm to 2 mm.
  • a thickness of an outer portion of the first magnetic portion may be greater than a thickness of the second magnetic portion.
  • the thickness of the outer portion may be 5 mm to 11 mm, and the thickness of the center portion may be 0.5 mm to 3 mm.
  • the second magnetic part may have the same area as the first magnetic part, or may have a different area than the first magnetic part.
  • the second magnetic portion may have the same large area as the first magnetic portion.
  • the area of the second magnetic part may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
  • the area of the second magnetic part may be 10,000 cm 2 or less.
  • the large-area second magnetic unit may be configured by combining a plurality of magnetic units, and in this case, the area of the magnetic unit may be 60 cm 2 or more, 90 cm 2 or more, or 95 cm 2 to 900 cm 2 .
  • the second magnetic portion may have an area smaller than that of the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion when the second magnetic portion is disposed only on an outer portion of the first magnetic portion, the second magnetic portion may have an area corresponding to an area of the outer portion.
  • the second magnetic part may be disposed at a position corresponding to the coil part, and may have an area corresponding to the area of the coil part. In this case, the second magnetic portion can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • the second magnetic portion may be disposed on an outer portion, a central portion, or at least a portion of the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion may be disposed on an outer periphery of the first magnetic portion. Accordingly, it is possible to effectively disperse a high magnetic flux density around the coil unit, thereby increasing charging efficiency compared to the case of using the first magnetic unit alone.
  • the second magnetic portion may be disposed over at least a portion of the outer portion and the central portion.
  • the second magnetic portion may be combined with or separated from the first magnetic portion.
  • the second magnetic part 500 may be disposed between the shield part 400 and the first magnetic part 300.
  • the second magnetic portion may contact the shield portion. Accordingly, heat generated from the second magnetic portion can be effectively discharged through the shield portion.
  • the second magnetic portion when the second magnetic portion is in the form of a sheet, the entire surface of the second magnetic portion may contact the shield portion.
  • the second magnetic portion may be attached on one surface of the shield portion facing the first magnetic portion.
  • the second magnetic member is attached to one surface of the shield part with a thermally conductive adhesive, thereby further enhancing a heat dissipation effect.
  • 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 second magnetic portion may also contact the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion may be attached on an outer portion of the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion may be disposed to be spaced apart from the first magnetic portion by a predetermined distance.
  • the distance between the first magnetic portion and the second magnetic portion is 1 mm or more, 2 mm or more, 1 mm to 10 mm, 2 mm to 7 mm, 3 mm to 5 mm, or 5 mm to 10 mm. I can.
  • a groove may be provided on a surface of the first magnetic part 300 facing the shield part 400, and the second magnetic part 500 may be inserted and disposed in the groove.
  • the first magnetic portion may serve as a housing of the second magnetic portion, a separate adhesive or structure for fixing the second magnetic portion may not be required.
  • the first magnetic portion can be formed into a three-dimensional structure through a mold using a polymer-type magnetic portion using magnetic powder and a binder resin, a groove for inserting the second magnetic portion can be easily formed.
  • the depth of the groove formed in the first magnetic portion may be the same as or different from the thickness (height) of the second magnetic portion.
  • the first magnetic portion and the second magnetic portion may contact the shield portion at the same time.
  • the depth of the groove is smaller than the thickness of the second magnetic portion, only the second magnetic portion may contact the shield portion.
  • the depth of the groove is greater than the thickness of the second magnetic portion, only the first magnetic portion may contact the shield portion.
  • the second magnetic part 500 may be buried and disposed inside the first magnetic part 300.
  • the first magnetic portion may serve as a housing of the second magnetic portion, a separate adhesive or structure for fixing the second magnetic portion may not be required.
  • the first magnetic portion can be formed into a three-dimensional structure through a mold using a polymer-type magnetic portion using magnetic powder and a binder resin, a structure for embedding the second magnetic portion can be easily formed.
  • the wireless charging device may further include a third magnetic portion in addition to the first magnetic portion and the second magnetic portion.
  • the wireless charging device may include a second magnetic portion disposed on the first magnetic portion and having a magnetic permeability different from that of the first magnetic portion; And a third magnetic portion disposed on the second magnetic portion and having a magnetic permeability different from that of the second magnetic portion.
  • first magnetic portion, the second magnetic portion, and the third magnetic portion may be disposed between the coil portion and the shield portion.
  • the first magnetic portion may include a magnetic powder and a binder resin
  • the second magnetic portion may include a ferritic magnetic material
  • the third magnetic portion may include a nanocrystalline magnetic material.
  • the sintered ferrite sheet which has been mainly used as a magnetic part in the existing wireless charging device, has excellent magnetic properties, but has high brittleness, lacks resistance to warping, etc., and has a large weight. In addition, due to defects such as pores generated in the sintering process, it is easily destroyed by thermal shock, thereby generating fragments, which may cause secondary problems.
  • a polymer type magnetic material with improved impact resistance by blending magnetic powder with a binder resin can be applied.However, when only the polymer type magnetic material is used, the magnetic permeability is not high, and thus a certain level of wireless charging performance is achieved. To do this, a large amount is required, making it difficult to downsize the device.
  • the temperature may continuously increase over time because the polymer component accumulates heat.
  • the nanocrystalline magnetic body which has improved the permeability of a metal component such as an Fe-based alloy by high temperature heat treatment, is significantly higher in terms of permeability than the conventional magnetic body, so it can improve wireless charging performance with a very small amount, but at the same time invest. The loss is also large, causing severe heat generation and high production costs.
  • heat generated during wireless charging can be effectively dispersed through distribution of magnetic flux, thereby improving charging efficiency and heat dissipation characteristics.
  • the three types of magnetic parts have significant differences in magnetic properties such as permeability and investment loss by components constituting them.
  • the third magnetic portion may have a higher magnetic permeability than the first magnetic portion and the second magnetic portion at 85 kHz, and the second magnetic portion may have a higher magnetic permeability than the first magnetic portion at 85 kHz. have.
  • the third magnetic portion may have a higher investment loss than the first magnetic portion and the second magnetic portion at 85 kHz, and the second magnetic portion may have a higher investment loss than the first magnetic portion at 85 kHz.
  • the difference in permeability at 85 kHz between the second magnetic portion and the first magnetic portion may be 100 or more, 500 or more, or 1,000 or more, and specifically 100 to 5,000, 500 to 4,000, or 1,000 to 3,000 days I can.
  • the difference in permeability at 85 kHz between the third magnetic portion and the second magnetic portion may be 1,000 or more, 5,000 or more, or 10,000 or more, and specifically 1,000 to 50,000, 5,000 to 100,000, or 10,000 to 150,000. .
  • the first magnetic portion has a permeability of 5 to 300 and an investment loss of 0 to 30 at 85 kHz
  • the second magnetic portion has a permeability of 1,000 to 5,000 and an investment loss of 0 to 300 at 85 kHz.
  • the third magnetic portion may have a permeability of 10,000 to 150,000 and an investment loss of 1,000 to 10,000 at 85 kHz.
  • the three types of magnetic units have a significant difference in the amount of heat generated during wireless charging.
  • the amount of heat generated by the third magnetic part may be greater than the amount of heat generated by the first magnetic part or the amount of heat generated by the second magnetic part.
  • the calorific value of the third magnetic unit when wireless power is received from the outside to the coil unit, the calorific value of the third magnetic unit may be greater than the calorific value of the second magnetic unit, and the calorific value of the second magnetic unit may be greater than the calorific value of the first magnetic unit. have.
  • the magnetic flux focused at the time of wireless charging is moved in a desired direction by using the tendency of increasing the magnetic flux density in the order of the size of the permeability according to the method of arranging and combining them. It can be distributed, and heat can be effectively released to the outside by using a tendency of increasing the amount of heat generated in proportion to the amount of magnetic flux and the size of the investment loss.
  • the first magnetic part 300 is the coil part (
  • the third magnetic part 700 may be disposed closest to 200 and the third magnetic part 700 may be disposed closest to the shield part 400.
  • the third magnetic part may be thermally connected to the shield part. Accordingly, a large amount of heat generated from the third magnetic portion can be easily discharged to the outside through the shield portion.
  • the first magnetic portion may have a larger volume than the second magnetic portion
  • the second magnetic portion may have a larger volume than the third magnetic portion
  • the second magnetic unit may include a ferritic magnetic material, and specific components and manufacturing methods thereof are as exemplified above.
  • the second magnetic part may have a sheet shape or a block shape.
  • the thickness of the second magnetic part may be 0.5 mm to 5 mm, specifically, 0.5 mm to 3 mm, 0.5 mm to 2 mm, or 1 mm to 2 mm.
  • the second magnetic part may have the same area as the first magnetic part, or may have a different area than the first magnetic part.
  • the second magnetic portion may have the same large area as the first magnetic portion.
  • the area of the second magnetic part may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
  • the area of the second magnetic part may be 10,000 cm 2 or less.
  • the large-area first magnetic unit may be configured by combining a plurality of magnetic units, and in this case, the area of the magnetic unit may be 60 cm 2 or more, 90 cm 2 or more, or 95 cm 2 to 900 cm 2 .
  • the second magnetic portion may have an area smaller than that of the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion when the second magnetic portion is disposed only on an outer portion of the first magnetic portion, the second magnetic portion may have an area corresponding to an area of the outer portion.
  • the second magnetic part may be disposed at a position corresponding to the coil part, and may have an area corresponding to the area of the coil part. In this case, the second magnetic portion can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • the second magnetic unit may have magnetic characteristics within a specific range in the vicinity of a standard frequency for wireless charging of an electric vehicle.
  • the magnetic permeability may be 1,000 to 5,000, or 2,000 to 4,000
  • the investment loss may be 0 to 1,000, 0 to 100, or 0 to 50.
  • the third magnetic part may include a nanocrystalline magnetic material.
  • the nanocrystalline magnetic material When the nanocrystalline magnetic material is applied to the third magnetic part, as the distance from the coil part increases, the resistance (Rs) decreases even though the inductance (Ls) of the coil decreases, so that the quality factor of the coil (Q factor: Ls/ As Rs) increases, charging efficiency can be improved and heat generation can be reduced.
  • the third magnetic part may be an Fe-based nanocrystalline magnetic material, specifically, a Fe-Si-Al-based nanocrystalline magnetic material, a Fe-Si-Cr-based nanocrystalline magnetic material, or a Fe-Si-B- It may be a Cu-Nb-based nanocrystalline magnetic material.
  • the third magnetic part may be a Fe-Si-B-Cu-Nb-based nanocrystalline magnetic material, in this case, Fe is 70 element% to 85 element%, and the sum of Si and B is 10 element% to It is preferable that the sum of 29 element% and the sum of Cu and Nb is 1 element% to 5 element% (here, the 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 a nanocrystalline magnetic material by heat treatment.
  • the nanocrystalline magnetic material is prepared by, for example, a rapid cooling solidification method (RSP) by melt spinning of an Fe-based alloy, and no magnetic field 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 performing heat treatment.
  • RSP rapid cooling solidification method
  • the heat treatment temperature is less than 300°C, nanocrystals are not sufficiently formed, so that the desired permeability is not obtained, and the heat treatment time may take a long time, and if the heat treatment temperature exceeds 700°C, the permeability may be significantly lowered by superheat treatment.
  • 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 thickness of the third magnetic part may be 15 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the nanocrystalline magnetic material is difficult to make a thick thickness in the manufacturing process, and may be formed as a thin film sheet having a thickness of, for example, 15 ⁇ m to 35 ⁇ m. Therefore, it is possible to form a third magnetic part by stacking several such thin-film sheets. In this case, an adhesive layer such as an adhesive tape may be inserted between the thin film sheets.
  • the third magnetic part may be crushed by a pressure roll or the like at a later stage of the manufacturing process to form a plurality of cracks in the thin film sheet, thereby manufacturing a plurality of nanocrystalline fine pieces.
  • an outer portion of the first magnetic portion may have a difference in thickness from the thickness of the second magnetic portion and the third magnetic portion, it is possible to improve impact resistance and reduce manufacturing cost without impairing charging efficiency.
  • an outer portion of the first magnetic portion may have a thicker thickness than that of the second magnetic portion and the third magnetic portion, and the second magnetic portion may have a thicker thickness than that of the third magnetic portion.
  • the thickness of the outer portion of the first magnetic portion may be 5 mm to 11 mm
  • the thickness of the second magnetic portion may be 0.5 mm to 3 mm
  • the thickness of the third magnetic portion may be 15 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the third magnetic unit may have magnetic properties within a specific range in the vicinity of a standard frequency for wireless charging of an electric vehicle.
  • the third magnetic part may have a magnetic permeability of 500 to 150,000 and an investment loss of 100 to 50,000 at a frequency of 85 kHz.
  • the third magnetic part when the third magnetic part includes a crushed nanocrystalline magnetic material, it may have a magnetic permeability of 500 to 3,000 and an investment loss of 100 to 1,000 at a frequency of 85 kHz.
  • the third magnetic part includes a non-crushed nanocrystalline magnetic material, it may have a magnetic permeability of 10,000 to 150,000 and an investment loss of 1,000 to 10,000 at a frequency of 85 kHz.
  • the wireless charging device may further include a heat dissipation unit for effective heat transfer.
  • the heat dissipation part may have a sheet shape, that is, the heat dissipation part may include a heat dissipation sheet.
  • the heat dissipation unit may include a binder resin and a heat dissipation filler dispersed in the binder resin.
  • the heat dissipation portion may include a polymer component to exert adhesive force between the shield portion and the magnetic sheet, and may prevent the magnetic portion from being destroyed from an external impact.
  • binder resin polyimide resin, polyamide resin, polycarbonate resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, polyphenyl sulfide (PSS) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, silicone resin, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, isocyanate resin, epoxy resin, etc.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PES polyphenyl sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • the binder resin may be a curable resin.
  • the binder resin may be a photocurable resin and/or a thermosetting resin, and in particular, may be a resin capable of being cured to exhibit adhesiveness.
  • the binder resin 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.
  • Such a functional group or moiety may be, for example, an isocyanate group (-NCO), a hydroxy group (-OH), or a carboxyl group (-COOH).
  • the binder resin may be one or more of a silicone resin and an acrylic resin.
  • the heat dissipation filler may be one or more of ceramic particles, carbon particles, and metal particles.
  • the ceramic particles may include metal oxides or nitrides, and specifically, may include silica, alumina, boron nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, and the like.
  • the carbon particles may include graphite, carbon black, carbon nanotubes, and the like.
  • the metal particles may include copper, silver, iron nickel, or the like.
  • the content of the heat dissipation filler in the heat dissipation part may be 70% to 90% by weight, 70% to 85% by weight, or 75% to 90% by weight.
  • the thermal conductivity of the heat dissipation unit may be 0.5 W/m ⁇ K to 30 W/m ⁇ K, and specifically 2 W/m ⁇ K to 5 W/m ⁇ K.
  • the heat dissipation part may have a thickness of 0.1 mm to 5 mm, specifically 0.1 mm to 3 mm, or 0.2 mm to 1 mm.
  • the heat dissipation part may have the same area as the first magnetic part, the second magnetic part, or the third magnetic part, or may have a different area.
  • the heat dissipation part when the heat dissipation part is disposed on the outer part of the first magnetic part, the heat dissipation part may have an area corresponding to the area of the outer part.
  • the heat dissipation part when the heat dissipation part is disposed between the third magnetic part and the shield part, the heat dissipation part may have an area corresponding to the area of the third magnetic part. Accordingly, the heat dissipation unit may exhibit excellent heat dissipation properties, adhesion, and impact resistance even in a small area.
  • the radiating part may be disposed between the third magnetic part and the shield part.
  • the radiating part may function as a thermally conductive medium for more effective heat transfer between the third magnetic part and the shield part.
  • the third magnetic part may be thermally connected to the shield part through the heat dissipation part.
  • the heat dissipation part may contact the third magnetic part and the shield part at the same time. More specifically, the heat dissipation part may adhere the third magnetic part and the shield part. Accordingly, it may be easy for heat generated from the third magnetic part to be transferred to the shield part through the heat dissipating part and radiated to the outside.
  • the third magnetic portion may contact the second magnetic portion, and the second magnetic portion may contact the first magnetic portion.
  • the first magnetic portion, the second magnetic portion, and the third magnetic portion may be thermally connected.
  • an additional heat dissipation part may be provided between the first magnetic part and the second magnetic part and/or between the second magnetic part and the third magnetic part, and accordingly, the first magnetic part and/or the second magnetic part. Heat generated from the magnetic part may be finally transferred to the shield part more effectively through the additional heat dissipation part.
  • the second magnetic portion and the third magnetic portion may be disposed in an outer portion of the first magnetic portion, the central portion, or at least a portion of the first magnetic portion, respectively.
  • the second magnetic portion may be disposed on an outer portion of the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion and the third magnetic portion may be disposed on the outer portion. Accordingly, it is possible to effectively disperse a high magnetic flux density around the coil, thereby increasing charging efficiency compared to the case of using the first magnetic unit alone.
  • the second magnetic portion and the third magnetic portion may be disposed over at least a portion of the outer portion and the central portion.
  • the second magnetic portion may be combined with or separated from the first magnetic portion.
  • the second magnetic portion may be disposed between the shield portion and the first magnetic portion.
  • the second magnetic part 500 and the third magnetic part 700 are disposed between the shield part 400 and the first magnetic part 300, and the radiating part 810 ) May contact the third magnetic part 700 and the shield part 400 at the same time.
  • the second magnetic portion and the third magnetic portion having a higher magnetic permeability than the first magnetic portion near the shield portion, a high magnetic flux density around the coil can be effectively dispersed, so that the first magnetic portion alone Compared to the case of using as, not only can the charging efficiency be increased, but also heat concentrated in the vicinity of the coil of the first magnetic portion can be effectively dispersed.
  • heat generated from the third magnetic part may be effectively transferred to the shield part through the heat dissipation part.
  • the entire surface of the third magnetic part may be attached to the shield part through the heat dissipation part.
  • the third magnetic part may be attached to one surface of the shield part through the heat dissipation part.
  • an additional heat dissipation portion 820 may be provided between the second magnetic portion 500 and the third magnetic portion 700, and accordingly, heat generated from the first magnetic portion and/or the second magnetic portion may be Through the additional heat dissipation part, it may be finally transmitted to the shield part more effectively.
  • the first magnetic portion may have a groove on a surface facing the shield portion, and the second magnetic portion may be inserted and disposed in the groove.
  • the first magnetic part 300 has a groove on the surface facing the shield part 400, and the second magnetic part 500 is inserted into the groove, and the third magnetic part
  • the constituent part 700 is disposed between the shield part 400 and the second magnetic part 500, and the radiating part 810 is simultaneously connected to the third magnetic part 700 and the shield part 400. I can contact you.
  • the first magnetic portion may serve as a housing of the second magnetic portion, a separate adhesive or structure for fixing the second magnetic portion may not be required.
  • the first magnetic portion can be formed into a three-dimensional structure through a mold using a polymer-type magnetic body using magnetic powder and a binder resin, a groove for inserting the second magnetic portion can be easily formed.
  • heat generated from the third magnetic portion may be effectively transferred to the shield portion through the heat dissipation portion.
  • the depth of the groove formed in the first magnetic portion may be larger or smaller than the thickness (height) of the second magnetic portion.
  • the depth of the groove formed in the first magnetic portion may be the same as the thickness (height) of the second magnetic portion.
  • the third magnetic portion may contact the first magnetic portion and the second magnetic portion.
  • the wireless charging device further includes a heat dissipation part 820 disposed between the third magnetic part 700 and the first and second magnetic parts 300 and 500, and the heat dissipation part 820 is By simultaneously contacting the first magnetic portion 300, the second magnetic portion 500, and the third magnetic portion 700, heat may be transmitted more effectively.
  • 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 used in a wireless charging device.
  • the support part may have a flat plate structure or a structure in which grooves are formed along the shape of the coil part to fix the coil part.
  • the wireless charging device 10 may further include a housing 600 that accommodates the above-described components.
  • the housing allows constituent elements such as the coil part, the shield part, and the magnetic part to be properly arranged and assembled.
  • the material and structure of the housing may employ a material and structure of a conventional housing used in a wireless charging device, and may be appropriately designed according to the components included therein.
  • the wireless charging device may further include a spacer for securing a space between the shield part and the magnetic part.
  • the material and structure of the spacer may be a material and structure of a conventional housing used in a wireless charging device.
  • 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.
  • FIG. 9 shows a moving means to which a wireless charging device is applied, specifically an electric vehicle, and may be wirelessly charged in a parking area equipped with a wireless charging system for an electric vehicle by providing a wireless charging device at the bottom.
  • the moving means 1 includes a wireless charging device according to the embodiment as a receiver 21.
  • the wireless charging device serves as a wireless charging receiver 21 of the moving means 1 and can receive power from the wireless charging transmitter 22.
  • the moving means includes a wireless charging device, and the wireless charging device has the configuration as described above.
  • the wireless charging device included in the moving means the coil unit; And a first magnetic portion disposed on the coil portion, wherein the first magnetic portion includes an outer portion corresponding to a portion where the coil portion is disposed; And a central portion surrounded by the outer portion, and a thickness of the outer portion is greater than a thickness of the central portion.
  • 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 electric vehicle.
  • 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 the wireless charging system.
  • Information on such charging may include charging efficiency such as charging speed, charging status, and the like.

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Abstract

일 구현예에 따른 무선충전 장치는 자성부에 입체 구조를 적용함으로써 충전 효율 및 방열 특성이 함께 향상될 수 있다. 구체적으로, 무선충전 중 전자기 에너지가 집중되는 코일부 근방의 자성부의 두께를 두껍게 하고, 상대적으로 전자기 에너지 밀도가 낮은 중심의 자성부의 두께를 낮춤으로써 무선충전 효율을 높이고, 자성부에서 발생하는 열을 낮출 수 있다. 따라서, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
구현예는 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구현예는 방열 구조를 적용하여 충전 효율이 향상된 무선충전 장치 및 이를 포함하는 전기 자동차와 같은 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, 전기 자동차 등에 적합하며 접점이 노출되지 않아 누전 등의 위험이 거의 없으며 유선 방식의 충전 불량 현상을 막을 수 있다.
한편, 최근 들어 전기 자동차에 대한 관심이 급증하면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있다. 이미 가정용 충전기를 이용한 전기 자동차 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전 장치, 무선충전 장치 등 다양한 충전 방식이 등장하였고, 새로운 충전 사업 비즈니스 모델도 나타나기 시작했다(한국 공개특허 제 2011-0042403 호 참조). 또한, 유럽에서는 시험 운행중인 전기차와 충전소가 눈에 띄기 시작했고, 일본에서는 자동차 제조 업체와 전력 회사들이 주도하여 전기 자동차 및 충전소를 시범적으로 운영하고 있다.
전기 자동차 등에 사용되는 종래의 무선충전 장치는, 무선충전 효율 향상을 위해 코일에 인접하여 자성체가 배치되고, 차폐를 위한 금속판이 자성체와 일정 간격 이격하여 배치된다.
무선충전 장치는 무선충전 동작 중에 코일의 저항과 자성체의 자기 손실에 의해 열을 발생한다. 특히 무선충전 장치 내의 자성체는 전자기파 에너지 밀도가 높은 코일과 가까운 부분에서 열을 발생하고, 발생한 열은 자성체의 자기 특성을 변화시켜 송신기와 수신기 간의 임피던스 불일치를 유발하여, 충전 효율이 저하되고 이로 인해 다시 발열이 심화되는 문제가 있었다. 그러나 이러한 무선충전 장치는 주로 전기 자동차의 하부에 설치되기 때문에, 방진 및 방수와 충격 흡수를 위해 밀폐 구조를 채용하므로 방열 구조를 구현하는데 어려움이 있었다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제2011-0042403호
종래의 무선충전 장치에서 자성체로서 주로 소결 페라이트 시트를 코일과 금속판 사이, 특히 코일에 가까운 일면 상에 배치하고 있으나, 소결 페라이트 시트는 비중이 무겁고 코일과 금속판 사이의 거리가 가까워지면(예: 10 mm 미만) 효율이 급격히 저하하는 문제가 있다. 이에 코일과 금속판 사이의 거리를 유지하고, 소결 페라이트 시트를 안정적으로 고정하기 위해 스페이서와 같은 별도의 구조물이 필요하며, 그에 따라 조립 공정의 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한 충전 중에 코일과 소결 페라이트 시트에서 열이 발생하는데, 특히 소결 페라이트 시트에서 발생하는 열은 열전도 특성이 낮은 공기 또는 스페이서로 전달 및 방열되기 어렵다. 이에 따라 온도가 상승된 소결 페라이트 시트는 자기적 특성이 저하되고 이에 따른 코일의 인덕턴스 값을 변화시켜 충전 효율을 저하시키며 더욱 심한 발열을 유발한다.
이를 해결하기 위해 자성체를 충분히 두껍게 하여 코일과 금속판 사이의 빈 공간을 모두 채우게 되면 방열 특성을 개선할 수 있지만, 비중이 큰 자성체로 인해 전체 무게가 증가하여 자동차의 경량화에 문제가 될 수 있고 제작 비용도 크게 상승한다. 또한 자성체와 금속판 사이의 빈 공간을 방열 재료로 모두 채우는 방법도 고려되고 있지만, 이 경우 방열 재료의 전기전도성 또는 절연성으로 인해 충전 효율이 감소하고 제작 비용이 상승하며, 또는 자성체와 금속판 사이의 빈 공간 중 일부만을 방열 재료로 채울 경우 방열 성능이 충분하지 않게 된다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 무선충전 장치에 사용되는 자성부에 입체 구조를 적용함으로써 충전 효율 및 방열 특성을 향상될 수 있음을 발견하였다.
따라서 구현예의 과제는, 입체 구조의 자성부를 적용함으로써 충전 효율 및 방열 특성이 개선된 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 이동 수단을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 코일부; 및 상기 코일부 상에 배치되는 제 1 자성부를 포함하고, 상기 제 1 자성부는 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및 상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부를 포함하고, 상기 외곽부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 더 큰, 무선충전 장치가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 무선충전 장치를 포함하는 이동 수단으로서, 상기 무선충전 장치가 코일부; 및 상기 코일부 상에 배치되는 제 1 자성부를 포함하고, 상기 제 1 자성부는 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및 상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부를 포함하고, 상기 외곽부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 더 큰, 이동 수단이 제공된다.
상기 구현예에 따르면 무선충전 장치에 사용되는 자성부에 입체 구조를 적용함으로써 충전 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 무선충전 중 전자기 에너지가 집중되는 코일부 근방의 자성부의 두께를 두껍게 하고, 상대적으로 전자기 에너지 밀도가 낮은 중심의 자성부의 두께를 낮춤으로써 무선충전 효율을 높이면서 자성부에서 발생하는 열을 낮출 수 있다.
또한 바람직한 구현예에 따르면, 서로 다른 2종 또는 3종의 자성부를 조합하여 자속의 배분을 통해 무선충전 중에 발생하는 열을 효과적으로 분산시킴으로써, 충전 효율 및 방열 특성을 함께 향상시킬 수 있다.
따라서 상기 무선충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 무선충전 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 2a 내지 2c는 다양한 구현예에 따른 무선충전 장치의 단면도이다.
도 3은 또 다른 구현예에 따른 무선충전 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4a 내지 4c는 다양한 구현예에 따른 무선충전 장치의 단면도를 나타낸다.
도 5, 6 및 7a는 또 다른 구현예에 따른 무선충전 장치의 분해사시도, 사시도 및 단면도를 각각 나타낸다.
도 7b 내지 8b는 또 다른 구현예에 따른 무선충전 장치의 단면도를 나타낸다.
도 9는 무선충전 장치가 수신기로 적용된 전기 자동차를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1: 이동 수단(전기 자동차), 10: 무선충전 장치,
21: 수신기, 22: 송신기,
100: 지지부, 200: 코일부,
300: 제 1 자성부,
310: 외곽부, 320: 중심부,
400: 쉴드부, 500: 제 2 자성부,
600: 하우징, 700: 제 3 자성부,
810, 820: 방열부.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 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.
본 명세서에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
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 해석되어야 한다.
무선충전 장치
일 구현예에 따른 무선충전 장치는 코일부; 및 상기 코일부 상에 배치되는 제 1 자성부를 포함하고, 상기 제 1 자성부는 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및 상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부를 포함하고, 상기 외곽부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 더 크다.
또한 상기 무선충전 장치는 상기 제 1 자성부 상에 배치되는 쉴드부를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여, 상기 구현예에 따른 무선충전 장치(10)는, 전도성 와이어를 포함하는 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치된 쉴드부(400); 및 상기 코일부(200)와 상기 쉴드부(400) 사이에 배치된 제 1 자성부(300)를 포함하고, 상기 제 1 자성부(300)가 상기 코일부(200)가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부(310) 및 상기 외곽부(310)에 의해서 둘러싸이는 중심부(320)를 포함하고, 상기 외곽부(310)의 두께가 상기 중심부(320)의 두께보다 더 클 수 있다.
상기 구현예에 따르면 무선충전 장치에 사용되는 자성부에 입체 구조를 적용함으로써 충전 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 무선충전 중 전자기 에너지가 집중되는 코일부 근방의 자성부의 두께를 두껍게 하고, 상대적으로 전자기 에너지 밀도가 낮은 중심의 자성부의 두께를 낮춤으로써 무선충전 효율을 높이면서 자성부에서 발생하는 열을 낮출 수 있다.
또한, 서로 다른 2종의 자성부를 조합하여 자속의 배분을 통해 무선충전 중에 발생하는 열을 효과적으로 분산시킴으로써, 충전 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 구현예에 따른 무선충전 장치(10)는, 전도성 와이어를 포함하는 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치된 쉴드부(400); 상기 코일부(200)와 상기 쉴드부(400) 사이에 배치된 제 1 자성부(300) 및 제 2 자성부(500)를 포함하고, 상기 제 1 자성부(300)가 상기 코일부(200)가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부(310) 및 상기 외곽부(310)에 의해서 둘러싸이는 중심부(320)를 포함하고, 상기 외곽부(310)의 두께가 상기 중심부(320)의 두께보다 더 크고, 상기 제 2 자성부(500)는 상기 제 1 자성부(300) 대비 85 kHz에서 높은 투자율을 가질 수 있다.
상기 구현예에 따르면 무선충전 장치에 사용되는 자성부에 입체 구조를 적용하고 2종의 자성부를 구비함으로써 충전 효율 및 방열 특성을 함께 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 자성부 대비 투자율이 높은 상기 제 2 자성부의 도입으로 자속 밀도와 방열을 효과적으로 배분하여 무선충전 효율을 높이면서, 상기 제 2 자성부에서 발생하는 열을 쉴드부를 통해 방출시켜 방열 특성도 향상시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 3종의 자성체를 조합하여 자속의 배분을 통해 무선충전 중에 발생하는 열을 효과적으로 분산시킴으로써, 충전 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
도 5, 6 및 7a를 참조하여, 상기 구현예에 따른 무선충전 장치(10)는, 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치되는 제 1 자성부(300); 상기 제 1 자성부(300) 상에 배치되고, 상기 제 1 자성부(300)와 다른 투자율을 가지는 제 2 자성부(500); 및 상기 제 2 자성부(500) 상에 배치되고, 상기 제 2 자성부(500)와 다른 투자율을 가지는 제 3 자성부(700)를 포함할 수 있다.
상기 구현예에 따르면 서로 다른 3종의 자성부를 조합하여 자속의 배분을 통해 무선충전 중에 발생하는 열을 효과적으로 분산시킴으로써, 충전 효율 및 방열 특성을 함께 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 3종의 자성부는 투자율과 같은 자성 특성 면에서 유의미한 차이를 가지는데, 둘 이상의 자성부가 있을 경우에는 투자율의 크기 순서로 자속 밀도가 커지므로, 이들을 조합하여 무선충전 시에 집속되는 자속을 원하는 방향으로 배분시킬 수 있다. 또한, 무선충전 시에 자성부에 집속된 자속의 양과 투자손실에 비례하는 크기로 열이 발생하므로, 3종의 자성부를 적절히 배치함으로써 열을 쉴드부로 효과적으로 전달하여 외부로 방출시킬 수 있다. 아울러, 상기 3종의 자성부의 물리적 특성과 자성 특성을 고려하여 각 자성부 별로 각각 두께와 형태를 조절함으로써, 충전 효율을 저해하지 않으면서 내충격성을 향상시키고 제조 비용도 줄일 수 있다.
이하 상기 무선충전 장치의 각 구성요소별로 구체적으로 설명한다.
코일부
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 원형, 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.
상기 코일부는 상기 자성부, 예를 들어 상기 제 1 자성부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 코일부와 상기 제 1 자성부의 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.
쉴드부
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는 상기 제 1 자성부 상에 배치되는 쉴드부를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 무선충전 장치가 상기 제 1 자성부 외에 제 2 자성부 및 제 3 자성부를 더 포함할 경우, 상기 쉴드부는 이들 상에 배치될 수 있다.
상기 쉴드부는 전자파 차폐를 통해 외부로 전자파가 누설되어 발생될 수 있는 전자기 간섭(EMI, electromagnetic interference)을 억제한다.
상기 쉴드부는 상기 코일부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉴드부와 상기 코일부의 이격 거리는 10 mm 이상 또는 15 mm 이상일 수 있고, 구체적으로 10 mm 내지 30 mm, 또는 10 mm 내지 20 mm일 수 있다.
또한 쉴드부는 상기 자성부, 예를 들어 제 1 자성부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉴드부와 상기 제 1 자성부의 이격 거리는 3 mm 이상, 5 mm 이상, 3 mm 내지 10 mm, 또는 4 mm 내지 7 mm일 수 있다.
상기 쉴드부의 소재는 예를 들어 금속일 수 있고, 이에 따라 상기 쉴드부는 금속판일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다. 구체적인 일례로서 상기 쉴드부의 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.
또는, 상기 제 1 자성부의 일부가 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에서 보듯이, 상기 제 1 자성부(300)의 외곽부(310)가 상기 쉴드부(400)에 접촉할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 자성부의 외곽부 중 적어도 일부가 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 자성부의 외곽부의 일 면이 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 이때 상기 제 1 자성부의 중심부는 상기 쉴드부에 접촉하지 않을 수 있다.
제 1 자성부의 조성
상기 제 1 자성부는 자성 분말 및 바인더 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 제 1 자성부는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 자성부는 바인더 수지에 의해 자성 분말들이 서로 결합됨으로써, 넓은 면적에서 전체적으로 결함이 적으면서 충격에 의해 손상이 적을 수 있다.
상기 자성 분말은 산화물계 자성 분말, 금속계 자성 분말, 또는 이들의 혼합 분말일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화물계 자성 분말은 페라이트계 분말, 구체적으로 Ni-Zn계, Mg-Zn계, Mn-Zn계 페라이트 분말일 수 있다. 또한 상기 금속계 자성 분말은 Fe-Si-Al 합금 자성 분말, 또는 Ni-Fe 합금 자성 분말일 수 있고, 보다 구체적으로 샌더스트(sendust) 분말, 또는 퍼말로이(permalloy) 분말일 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.
또한 상기 자성 분말은 나노결정성(nanocrystalline) 자성 분말일 수 있고, 예를 들어 Fe계 나노결정성 자성 분말일 수 있으며, 구체적으로 Fe-Si-Al계 나노결정성 자성 분말, Fe-Si-Cr계 나노결정성 자성 분말, 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정성 자성 분말일 수 있다.
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 제 1 자성부는 상기 자성 분말을 10 중량% 이상, 50 중량% 이상, 70 중량% 이상, 또는 85 중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 자성부는 상기 자성 분말을 10 중량% 내지 99 중량%, 10 중량% 내지 95 중량%, 50 중량% 내지 95 중량%, 50 중량% 내지 92 중량%, 70 중량% 내지 95 중량%, 80 중량% 내지 95 중량%, 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로서 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리페닐설파이드(PSS) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지, 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 바인더 수지는 경화성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 광경화성 수지 및/또는 열경화성 수지일 수 있으며, 특히 경화되어 접착성을 나타낼 수 있는 수지일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더 수지는 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.
상기 제 1 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 제 1 자성부는 이의 중량을 기준으로, 상기 바인더 수지로서, 6 중량% 내지 12 중량%의 폴리우레탄계 수지, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 이소시아네이트계 경화제, 및 0.3 중량% 내지 1.5 중량%의 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
제 1 자성부의 자성 특성
상기 제 1 자성부는 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수 근방에서 일정 범위의 자성 특성을 가질 수 있다.
상기 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수는 100 kHz 미만일 수 있고, 예를 들어 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.
상기 제 1 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자율은 소재에 따라 달라질 수 있으나 5 이상, 예를 들어 5 내지 150,000일 수 있으며, 구체적인 소재에 따라 5 내지 300, 500 내지 3,500, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있다. 또한 상기 제 1 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자손실은 소재에 따라 달라질 수 있으나 0 이상, 예를 들어 0 내지 50,000일 수 있으며, 구체적인 소재에 따라 0 내지 1,000, 1 내지 100, 100 내지 1,000, 또는 5,000 내지 50,000일 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 제 1 자성부가 자성 분말 및 바인더 수지를 포함하는 고분자형 자성체일 경우, 상기 제 1 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자율은, 예를 들어 5 내지 130, 15 내지 80, 또는 10 내지 50일 수 있고, 투자손실은 0 내지 20, 0 내지 15, 또는 0 내지 5일 수 있다.
제 1 자성부의 물리적 특성
상기 제 1 자성부는 일정 비율로 신장될 수 있다. 예를 들어 상기 제 1 자성부의 신장율은 0.5% 이상일 수 있다. 상기 신장 특성은 고분자를 적용하지 않는 세라믹계 자성체에서는 얻기 어려운 것으로, 대면적의 자성부가 충격에 의해 뒤틀림 등이 발생하더라도 손상을 줄여줄 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 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 특성이 떨어질 수 있으므로, 상기 신장율은 10% 이내인 것이 좋다.
상기 제 1 자성부는 충격 전후의 특성 변화율이 적으며, 일반적인 페라이트 자성시트와 비교하여 월등하게 우수하다. 본 명세서에서 어떤 특성의 충격 전후의 특성 변화율(%)은 다음 식으로 계산될 수 있다. 특성 변화율(%) = | 충격 전 특성 값 - 충격 후 특성 값 | / 충격 전 특성 값 x 100.
예를 들어, 상기 제 1 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 제 1 자성부는 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 인가한 충격 전과 후의 품질계수(Q factor, Ls/Rs) 변화율이 0% 내지 5%, 0.001% 내지 4%, 또는 0.01% 내지 2.5%일 수 있다. 상기 범위 내일 때, 충격 전후의 특성 변화가 적어서 자성부의 안정성과 내충격성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 1 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, 실제 충격과 진동이 가해지는 환경에서 반복하여 적용하더라도 저항값이 일정 수준 이하로 잘 유지될 수 있다.
또한, 상기 제 1 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 특성을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
제 1 자성부의 입체 구조
상기 구현예에 따르면 상기 제 1 자성부에 입체 구조를 적용함으로써, 충전 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 도 1 및 도 2a를 참조하여, 상기 제 1 자성부(300)는 상기 코일부(200)가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부(310); 및 상기 외곽부(310)에 의해서 둘러싸이는 중심부(320)를 포함하고, 상기 외곽부(310)의 두께가 상기 중심부(320)의 두께보다 더 클 수 있다. 즉 상기 제 1 자성부의 외곽부는 상기 코일부에서 전도성 와이어의 밀도가 높은 부분에 대응하고, 상기 제 1 자성부의 중심부는 상기 코일부에서 전도성 와이어의 밀도가 낮은 부분에 대응할 수 있다. 이때 상기 제 1 자성부에서 외곽부와 중심부는 서로 일체형으로 형성될 수 있다.
이와 같이 무선충전 중 전자기 에너지가 집중되는 코일 근방의 자성부의 두께를 두껍게 하고, 코일이 없어서 상대적으로 전자기 에너지 밀도가 낮은 중심의 자성부의 두께를 낮춤으로써, 코일 주변에 집중되는 전자기파를 효과적으로 집속시켜 충전 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 별도의 스페이서 없이 견고하게 코일부와 쉴드부와의 거리를 유지시킬 수 있어, 스페이서 등의 사용에 따른 재료비 및 공정비를 줄일 수 있다.
상기 제 1 자성부에서 상기 외곽부가 상기 중심부에 비해 1.5 배 이상 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 상기 두께 비율일 때, 코일 주변에 집중되는 전자기파를 보다 효과적으로 집속시켜 충전 효율을 향상시킬 수 있고 발열 및 경량화에도 유리하다. 구체적으로, 상기 제 1 자성부에서 외곽부/중심부의 두께 비율은 2 이상, 3 이상, 또는 5 이상일 수 있다. 또한 상기 두께 비율은 100 이하, 50 이하, 30 이하, 또는 10 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 두께 비율은 1.5 내지 100, 2 내지 50, 3 내지 30, 또는 5 내지 10일 수 있다.
상기 제 1 자성부의 외곽부의 두께는 1 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 5 mm 이상일 수 있고, 또한 30 mm 이하, 20 mm 이하, 또는 11 mm 이하일 수 있다. 아울러, 상기 제 1 자성부의 중심부의 두께는 10 mm 이하, 7 mm 이하, 또는 5 mm 이하일 수 있고, 또한 0 mm이거나 0.1 mm 이상 또는 1 mm 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 자성부의 외곽부가 5 mm 내지 11 mm의 두께를 갖고, 상기 중심부가 0 mm 내지 5 mm의 두께를 가질 수 있다.
도 2b를 참조하여, 상기 제 1 자성부(300)의 중심부(320)의 두께가 0일 경우, 상기 제 1 자성부(300)는 중심부(320)가 비어 있는 형상을 가질 수 있다(예를 들어 도넛 형상). 이 경우 상기 제 1 자성부는 보다 작은 면적으로도 충전 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
제 1 자성부의 면적 및 두께
상기 제 1 자성부는 대면적을 가질 수 있고, 구체적으로 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상의 면적을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 자성부는 10,000 cm2 이하의 면적을 가질 수 있다.
상기 대면적의 제 1 자성부는 다수의 자성 단위체가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 자성 단위체의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2 이상, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.
또는 상기 제 1 자성부는 중심부에 비어있는 형상을 가질 수 있고, 이 경우 외곽부의 면적, 즉 코일부에 대응하는 면적을 가질 수 있다.
상기 제 1 자성부는 몰드를 통한 성형 등의 방법으로 제조된 자성 블록일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 자성부는 몰드를 통해 입체 구조로 성형된 것일 수 있다. 이러한 자성 시트는 자성 분말과 바인더 수지를 혼합하고 사출 성형 등에 의해 몰드로 주입하여 입체 구조로 성형될 수 있다.
또는, 상기 제 1 자성부는 자성 시트의 적층체일 수 있으며, 예를 들어 자성 시트가 20장 이상, 또는 50장 이상 적층된 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 자성 시트의 적층체는 제 1 자성부의 외곽부에만 추가적인 자성 시트가 1매 이상 더 적층된 것일 수 있다. 이때 개별 자성 시트의 두께는 80 ㎛ 이상, 또는 85 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 이러한 자성 시트는 자성 분말과 바인더 수지를 혼합하여 슬러리화한 후 시트 형상으로 성형하고 경화하는 등의 통상적인 시트 성형 공정으로 제조될 수 있다.
제 2 자성부의 자성 특성
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는, 상기 제 1 자성부 외에 제 2 자성부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 무선충전 장치의 충전 효율이 향상됨과 함께 방열 특성을 개선할 수 있다. 구체적으로, 도 3에서 보듯이, 상기 제 1 자성부(300)의 외곽부(310) 상에 배치된 제 2 자성부(500)를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 무선충전 장치가 상기 제 1 자성부와 상기 쉴드부 사이에 배치되는 제 2 자성부를 더 포함하고, 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부 대비 85 kHz에서 높은 투자율을 가질 수 있다.
상기 제 2 자성부는 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수 근방에서 특정 범위의 자성 특성을 가질 수 있다.
예를 들어 상기 제 2 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자율은 소재에 따라 달라질 수 있고, 넓게는 5 내지 150,000일 수 있으며, 구체적인 소재에 따라 5 내지 300, 500 내지 3,500, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있다. 또한 상기 제 2 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자손실은 소재에 따라 달라질 수 있고, 넓게는 0 내지 50,000일 수 있으며, 구체적인 소재에 따라 0 내지 1,000, 1 내지 100, 100 내지 1,000, 또는 5,000 내지 50,000일 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 제 2 자성부가 페라이트계 소재일 경우, 85 kHz의 주파수에서 투자율은 1,000 내지 5,000, 또는 2,000 내지 4,000일 수 있고, 투자손실은 0 내지 1,000, 0 내지 100, 또는 0 내지 50일 수 있다.
상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부 대비 85 kHz에서 높은 투자율을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 자성부와 상기 제 1 자성부 간의 85 kHz에서의 투자율 차이는 100 이상, 500 이상, 또는 1,000 이상일 수 있고, 구체적으로 100 내지 5,000, 500 내지 4,000, 또는 1,000 내지 4,000일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 자성부가 85 kHz의 주파수에서 5 내지 300의 투자율을 갖고, 상기 제 2 자성부가 85 kHz의 주파수에서 1,000 내지 5,000의 투자율을 가질 수 있다.
무선충전 시에 자속 밀도는 코일과 근접할수록 높지만, 자성체가 코일 주위에 있을 경우에 자성체에 자속이 집속되며, 하나 이상의 자성체가 있을 경우에는 자성체의 투자율의 크기 순서로 자속 밀도가 커지게 된다. 따라서, 제 1 자성부 대비 높은 투자율을 갖는 제 2 자성부를 적절히 배치하게 되면 자속을 효과적으로 배분할 수 있다.
또한 상기 제 2 자성부의 수평 열전도율은 1 W/m·K 이상일 수 있고, 예를 들어 1 W/m·K 내지 30 W/m·K, 또는 10 W/m·K 내지 20 W/m·K일 수 있다. 또한 상기 제 2 자성부의 수직 열전도율은 0.1 W/m·K 이상일 수 있고, 예를 들어 0.1 W/m·K 내지 2 W/m·K, 또는 0.5 W/m·K 내지 1.5 W/m·K일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 자성부는 1 W/m·K 내지 30 W/m·K의 수평 열전도율 및 0.1 W/m·K 내지 2 W/m·K의 수직 열전도율을 가질 수 있다.
따라서 상기 제 2 자성부에서 투자손실로 인해 무선충전 중에 발생된 열은 상기 제 2 자성부에 인접한 쉴드부를 통해 배출될 수 있다.
제 2 자성부의 조성 및 형상
상기 제 2 자성부는 산화물계 자성체, 금속계 자성체, 또는 이들의 복합 소재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 산화물계 자성체는 페라이트계 자성체일 수 있고, 구체적인 화학식은 MOFe2O3(여기서 M은 Mn, Zn, Cu, Ni 등의 1종 이상의 2가 금속 원소이다)로 표시될 수 있다. 상기 페라이트계 소재는 소결체인 것이 투자율과 같은 자성 특성 면에서 유리하다. 상기 페라이트계 소결체는 원료 성분들을 혼합하고 하소 후 분쇄하고, 이를 바인더 수지와 혼합하여 성형하고 소성하여 시트 또는 블록 형태로 제조될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 산화물계 자성체는 Ni-Zn계, Mg-Zn계, 또는 Mn-Zn계 페라이트일 수 있고, 특히 Mn-Zn계 페라이트는 85 kHz의 주파수에서 실온 내지 100 ℃ 이상의 온도 범위에 걸쳐 높은 투자율, 낮은 투자손실, 및 높은 포화자속밀도를 나타낼 수 있다.
상기 Mn-Zn계 페라이트는 주성분으로 산화철 Fe2O3 66 mol% 내지 70 mol%, ZnO 10 mol% 내지 20 mol%, MnO 8 mol% 내지 24 mol%, 및 NiO 0.4 mol% 내지 2 mol%를 포함하고, 그 외 부성분으로 SiO2, CaO, Nb2O5, ZrO2, SnO 등을 함유할 수 있다. 상기 Mn-Zn계 페라이트는 주성분을 소정의 몰비로 혼합하여 공기 중에서 800 ℃ 내지 1100 ℃의 온도로 1 시간 내지 3 시간 동안 하소 후 부성분을 첨가하여 분쇄하고, 이에 폴리비닐알코올(PVA) 등의 바인더 수지를 적당량 혼합하고 프레스를 이용하여 가압 성형한 후, 1200 ℃ 내지 1300 ℃까지 승온하여 2시간 이상 소성함으로써 시트 또는 블록 형태로 제조될 수 있다. 이후, 필요에 따라 와이어 톱(wire saw) 또는 워터젯(water jet) 등을 이용해 가공하여 요구되는 크기로 절단된다.
또한 상기 금속계 자성체는 Fe-Si-Al 합금 자성체, 또는 Ni-Fe 합금 자성체일 수 있고, 보다 구체적으로 샌더스트(sendust), 또는 퍼말로이(permalloy)일 수 있다. 또한 상기 제 2 자성부는 나노결정성(nanocrystalline) 자성체를 포함할 수 있고, 예를 들어 Fe계 나노결정성 자성체, 구체적으로 Fe-Si-Al계 나노결정성 자성체, Fe-Si-Cr계 나노결정성 자성체, 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정성 자성체를 포함할 수 있다. 상기 제 2 자성부로 나노결정성 자성체를 적용 시에, 코일부와 거리가 멀어질수록 코일의 인덕턴스(Ls)가 낮아지더라도 저항(Rs)이 더욱 낮아짐으로써 코일의 품질계수(Q factor: Ls/Rs)가 높아져서 충전 효율이 향상되고 발열이 줄어들 수 있다.
상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 다른 자성체를 포함할 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 제 1 자성부가 Fe-Si-Al계 합금 자성체를 포함하고, 상기 제 2 자성부가 Mn-Zn계 페라이트를 포함할 수 있다. 이들 소재의 조합은, 상기 제 2 자성부가 상기 제 1 자성부 대비 85 kHz에서 높은 투자율을 갖는데 유리하다.
상기 제 2 자성부는 시트 형태 또는 블록 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 자성부의 두께는 0.5 mm 내지 5 mm일 수 있고, 구체적으로, 0.5 mm 내지 3 mm, 0.5 mm 내지 2 mm, 또는 1 mm 내지 2 mm일 수 있다. 상기 제 1 자성부의 외곽부의 두께가 상기 제 2 자성부의 두께보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 상기 외곽부의 두께가 5 mm 내지 11 mm이고, 상기 중심부의 두께가 0.5 mm 내지 3 mm일 수 있다.
상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 동일한 면적을 갖거나, 이와 다른 면적을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 동일하게 대면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 자성부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 제 2 자성부의 면적은 10,000 cm2 이하일 수 있다. 또한 상기 대면적의 제 2 자성부는 다수의 자성 단위체가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 자성 단위체의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2 이상, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.
또는 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부보다 작은 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 자성부가 상기 제 1 자성부의 외곽부 상에만 배치될 경우, 상기 제 2 자성부는 상기 외곽부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 또한 이에 따라, 상기 제 2 자성부는 상기 코일부에 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 상기 코일부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 이 경우 상기 제 2 자성부는 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
제 2 자성부의 배치
상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부의 외곽부, 중심부, 또는 이들 중 적어도 일부 상에 배치될 수 있다.
일례로서, 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부의 외곽부에 배치될 수 있다. 이에 따라 코일부 주위의 높은 자속 밀도를 효과적으로 분산시킬 수 있어서, 상기 제 1 자성부 단독으로 사용하는 경우에 비해 충전 효율을 높여줄 수 있다.
또는, 상기 제 2 자성부는 상기 외곽부 및 상기 중심부의 적어도 일부 상에 걸쳐 배치될 수 있다.
또한 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 결합되거나 분리되어 배치될 수 있다. 도 4a에서 보듯이, 상기 제 2 자성부(500)는 상기 쉴드부(400)와 상기 제 1 자성부(300)의 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이 상기 제 1 자성부 대비 높은 투자율을 갖는 상기 제 2 자성부를 상기 쉴드부와 가까운 곳에 배치함에 따라 코일 주위의 높은 자속 밀도를 효과적으로 분산시킬 수 있어서, 상기 제 1 자성부 단독으로 사용하는 경우에 비해 충전 효율을 높여줄 뿐만 아니라 제 1 자성부의 코일 근접부에 집중되는 발열을 효과적으로 분산시켜 줄 수 있다.
이때 상기 제 2 자성부의 적어도 일부가 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 이에 따라 상기 제 2 자성부에서 발생하는 열이 상기 쉴드부를 통해 효과적으로 배출될 수 있다. 예를 들어 상기 제 2 자성부가 시트 형태일 경우, 이의 일면 전부가 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 자성부는 상기 쉴드부의 상기 제 1 자성부를 향하는 일면 상에 부착될 수 있다. 상기 제 2 자성부재는 상기 쉴드부의 일면에 열전도성 접착제로 부착됨으로써, 방열 효과를 더욱 높일 수 있다. 상기 열전도성 접착제는 금속계, 카본계, 세라믹계 등의 열전도성 소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 열전도성 입자가 분산된 접착제 수지일 수 있다.
이때 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와도 접촉할 수 있다. 예를 들어 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부의 외곽부 상에 부착될 수 있다.
또는 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 자성부와 상기 제 2 자성부의 이격 거리는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 1 mm 내지 10 mm, 2 mm 내지 7 mm, 3 mm 내지 5 mm, 또는 5 mm 내지 10 mm일 수 있다.
도 4b에서 보듯이, 상기 제 1 자성부(300)가 상기 쉴드부(400)을 향하는 표면에 홈을 구비하고, 상기 제 2 자성부(500)가 상기 홈에 삽입되어 배치될 수 있다.
이 경우 상기 제 1 자성부는 상기 제 2 자성부의 하우징으로서 역할을 할 수 있어서, 상기 제 2 자성부를 고정하기 위한 별도의 접착제나 구조물이 필요하지 않을 수 있다. 특히 상기 제 1 자성부는 자성 분말과 바인더 수지를 이용한 고분자형 자성부를 이용하여 몰드를 통해 입체 구조로 성형이 가능하므로, 제 2 자성부를 넣기 위한 홈을 쉽게 형성할 수 있다.
이때 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부 중 적어도 일부가 상기 쉴드부(400)에 접촉할 수 있다. 이에 따라 상기 제 1 자성부 및/또는 상기 제 2 자성부에서 발생하는 열이 상기 쉴드부를 통해 효과적으로 배출될 수 있다.
상기 제 1 자성부에 형성된 홈의 깊이는 상기 제 2 자성부의 두께(높이)와 동일하거나 또는 다를 수 있다. 상기 홈의 깊이와 상기 제 2 자성부의 두께가 동일할 경우, 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부는 상기 쉴드부에 동시에 접촉할 수 있다. 또는, 상기 홈의 깊이가 상기 제 2 자성부의 두께보다 작을 경우, 상기 제 2 자성부만 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 반대로 상기 홈의 깊이가 상기 제 2 자성부의 두께보다 클 경우 상기 제 1 자성부만 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다.
도 4c에서 보듯이, 상기 제 2 자성부(500)가 상기 제 1 자성부(300)의 내부에 매립되어 배치될 수 있다.
이 경우에도 상기 제 1 자성부는 상기 제 2 자성부의 하우징으로서 역할을 할 수 있어서, 상기 제 2 자성부를 고정하기 위한 별도의 접착제나 구조물이 필요하지 않을 수 있다. 특히 상기 제 1 자성부는 자성 분말과 바인더 수지를 이용한 고분자형 자성부를 이용하여 몰드를 통해 입체 구조로 성형이 가능하므로, 제 2 자성부를 매립하기 위한 구조를 쉽게 형성할 수 있다.
이때 상기 제 1 자성부의 적어도 일부가 상기 쉴드부에 접촉할 수 있다. 이에 따라 상기 제 1 자성부에서 발생하는 열이 상기 쉴드부를 통해 효과적으로 배출될 수 있다.
3종의 자성부의 조합
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는, 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부 외에 제 3 자성부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 무선충전 장치는 상기 제 1 자성부 상에 배치되고, 상기 제 1 자성부와 다른 투자율을 가지는 제 2 자성부; 및 상기 제 2 자성부 상에 배치되고, 상기 제 2 자성부와 다른 투자율을 가지는 제 3 자성부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 제 1 자성부, 상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부는 상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치될 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 제 1 자성부는 자성 분말 및 바인더 수지를 포함할 수 있고, 상기 제 2 자성부는 페라이트계 자성체를 포함할 수 있고, 상기 제 3 자성부는 나노결정성 자성체를 포함할 수 있다.
기존의 무선충전 장치에서 자성부로서 주로 사용되던 소결 페라이트 시트는 자성 특성이 우수한 반면, 취성(brittleness)이 높아 뒤틀림 등에 대한 내성이 부족하고 중량이 큰 편이다. 또한 소결 과정에서 생성되는 포어 등의 결함에 의해 열 충격에 쉽게 파괴되어 파편을 발생시킴으로써 2차적인 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 소결 페라이트 시트의 단점을 보완하고자, 자성 분말을 바인더 수지와 배합하여 내충격성을 향상시킨 고분자형 자성체를 적용할 수 있으나, 고분자형 자성체만을 이용할 경우 투자율이 높지 않아서 일정 수준 이상의 무선충전 성능을 달성하려면 많은 양이 필요하여 장치의 소형화가 어렵다. 또한 상기 고분자형 자성체에만 자속이 집속될 경우, 고분자 성분이 열을 축적하므로 시간이 지남에 따라 온도가 계속적으로 상승할 수 있다. 한편, Fe계 합금과 같은 금속 성분을 고온 열처리에 의해 투자율을 향상시킨 나노결정성 자성체는, 기존의 자성체에 비해 투자율 면에서 현저히 높아서 매우 적은 양으로도 무선충전 성능을 향상시킬 수 있으나, 동시에 투자손실도 커서 발열이 심하고 제작 비용도 높은 편이다. 그러나 이와 같이 서로 다른 특성을 갖는 상기 3종의 자성부를 적절히 조합할 경우, 자속의 배분을 통해 무선충전 중에 발생하는 열을 효과적으로 분산시킴으로써, 충전 효율 및 방열 특성을 함께 향상시킬 수 있다.
상기 3종의 자성부는 이들을 구성하는 성분에 의해 투자율과 투자손실과 같은 자성 특성 면에서 유의미한 차이를 갖는다.
예를 들어, 상기 제 3 자성부는 85 kHz에서 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부보다 더 높은 투자율을 가지고, 상기 제 2 자성부는 85 kHz에서 상기 제 1 자성부보다 더 높은 투자율을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 3 자성부가 85 kHz에서 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부 대비 높은 투자손실을 갖고, 상기 제 2 자성부가 85 kHz에서 상기 제 1 자성부 대비 높은 투자손실을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 자성부와 상기 제 1 자성부 간의 85 kHz에서의 투자율 차이는 100 이상, 500 이상, 또는 1,000 이상일 수 있고, 구체적으로 100 내지 5,000, 500 내지 4,000, 또는 1,000 내지 3,000일 수 있다. 또한, 상기 제 3 자성부와 상기 제 2 자성부 간의 85 kHz에서의 투자율 차이는 1,000 이상, 5,000 이상, 또는 10,000 이상일 수 있고, 구체적으로 1,000 내지 50,000, 5,000 내지 100,000, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있다.
보다 구체적인 일례로서, 상기 제 1 자성부가 85 kHz에서 5 내지 300의 투자율 및 0 내지 30의 투자손실을 갖고, 상기 제 2 자성부가 85 kHz에서 1,000 내지 5,000의 투자율 및 0 내지 300의 투자손실을 갖고, 상기 제 3 자성부가 85 kHz에서 10,000 내지 150,000의 투자율 및 1,000 내지 10,000의 투자손실을 가질 수 있다.
또한, 무선충전 시에 자성부에 집속된 자속의 양과 투자손실에 비례하는 크기로 열이 발생하므로, 상기 3종의 자성부는 무선충전 시의 발열량 면에서도 유의미한 차이를 갖는다. 예를 들어 무선충전 시에, 구체적으로 외부로부터 무선 전력이 상기 코일부로 수신될 때, 상기 제 3 자성부의 발열량은 상기 제 1 자성부의 발열량 또는 상기 제 2 자성부의 발열량보다 더 클 수 있다.
구체적인 예로서, 외부로부터 무선 전력이 상기 코일부로 수신될 때, 상기 제 3 자성부의 발열량은 상기 제 2 자성부의 발열량보다 더 크고, 상기 제 2 자성부의 발열량은 상기 제 1 자성부의 발열량보다 더 클 수 있다.
이와 같이 상기 3종의 자성부는 서로 다른 자성 특성과 발열량을 가지므로 이들을 배치하여 조합하는 방식에 따라, 투자율의 크기 순서로 자속 밀도가 커지는 경향을 이용하여 무선충전 시에 집속되는 자속을 원하는 방향으로 배분시킬 수 있고, 또한 자속의 양과 투자손실의 크기에 비례하여 발열량이 증가하는 경향을 이용하여 효과적으로 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 상기 제 1 자성부(300), 상기 제 2 자성부(500) 및 상기 제 3 자성부(700) 중에서, 상기 제 1 자성부(300)가 상기 코일부(200)에 가장 가깝게 배치되고, 상기 제 3 자성부(700)가 상기 쉴드부(400)에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 이때 상기 제 3 자성부는 상기 쉴드부와 열적으로 연결될 수 있다. 그에 따라 상기 제 3 자성부에서 발생하는 다량의 열이 상기 쉴드부를 통해 외부로 쉽게 배출될 수 있다.
아울러, 상기 3종의 자성부의 물리적 특성과 자성 특성을 고려하여 각 자성부 별로 사용되는 양을 조절함으로써, 충전 효율을 저해하지 않으면서 내충격성을 향상시키고 제조 비용도 줄일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 자성부는 상기 제 2 자성부보다 큰 체적을 가지고, 상기 제 2 자성부는 상기 제 3 자성부보다 큰 체적을 가질 수 있다.
상기 제 2 자성부는 페라이트계 자성체를 포함할 수 있고, 이의 구체적인 성분 및 제법은 앞서 예시한 바와 같다.
상기 제 2 자성부는 시트 형태 또는 블록 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 자성부의 두께는 0.5 mm 내지 5 mm일 수 있고, 구체적으로, 0.5 mm 내지 3 mm, 0.5 mm 내지 2 mm, 또는 1 mm 내지 2 mm일 수 있다.
상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 동일한 면적을 갖거나, 이와 다른 면적을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 동일하게 대면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 자성부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 제 2 자성부의 면적은 10,000 cm2 이하일 수 있다. 또한 상기 대면적의 제 1 자성부는 다수의 자성 단위체가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 자성 단위체의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2 이상, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.
또는 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부보다 작은 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 자성부가 상기 제 1 자성부의 외곽부 상에만 배치될 경우, 상기 제 2 자성부는 상기 외곽부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 또한 이에 따라, 상기 제 2 자성부는 상기 코일부에 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 상기 코일부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 이 경우 상기 제 2 자성부는 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 제 2 자성부는 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수 근방에서 특정 범위의 자성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자율은 1,000 내지 5,000, 또는 2,000 내지 4,000일 수 있고, 투자손실은 0 내지 1,000, 0 내지 100, 또는 0 내지 50일 수 있다.
상기 제 3 자성부는 나노결정성(nanocrystalline) 자성체를 포함할 수 있다. 상기 제 3 자성부로 나노결정성 자성체를 적용 시에, 코일부와 거리가 멀어질수록 코일의 인덕턴스(Ls)가 낮아지더라도 저항(Rs)이 더욱 낮아짐으로써 코일의 품질계수(Q factor: Ls/Rs)가 높아져서 충전 효율이 향상되고 발열이 줄어들 수 있다.
예를 들어, 상기 제 3 자성부는 Fe계 나노결정성 자성체일 수 있고, 구체적으로 Fe-Si-Al계 나노결정성 자성체, Fe-Si-Cr계 나노결정성 자성체, 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정성 자성체일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제 3 자성부는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정성 자성체일 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 나노결정성 자성체로 쉽게 형성될 수 있다.
상기 나노결정성 자성체는, 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 나노결정이 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.
상기 제 3 자성부의 두께는 15 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 한편 나노결정성 자성체는 제조 공정상 두꺼운 두께를 만들기 어려우며 예를 들어 15 ㎛ 내지 35 ㎛의 두께의 박막 시트로 형성될 수 있다. 따라서 이러한 박막 시트를 여러 장 적층하여 제 3 자성부를 형성할 수 있다. 이때 상기 박막 시트 사이에는 접착 테이프와 같은 접착제층이 삽입될 수 있다. 또한 상기 제 3 자성부는 제조 공정 후단에 가압 롤 등에 의해 파쇄하여 박막 시트에 다수의 크랙을 형성함으로써, 복수 개의 나노결정성 미세 조각들을 포함하도록 제조할 수 있다.
또한, 상기 제 1 자성부의 외곽부를, 상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부의 두께와 차이를 갖도록 형성하여, 충전 효율을 저해하지 않으면서 내충격성을 향상시키고 제조 비용도 줄일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 자성부의 외곽부가 상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부 대비 두꺼운 두께를 갖고, 상기 제 2 자성부가 상기 제 3 자성부 대비 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 제 1 자성부의 외곽부의 두께가 5 mm 내지 11 mm이고, 상기 제 2 자성부의 두께가 0.5 mm 내지 3 mm이고, 상기 제 3 자성부의 두께가 15 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다.
상기 제 3 자성부는 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수 근방에서 특정 범위의 자성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 제 3 자성부는 85 kHz의 주파수에서 500 내지 150,000의 투자율 및 100 내지 50,000의 투자손실을 가질 수 있다. 일례로서, 상기 제 3 자성부가 파쇄형의 나노결정성 자성체를 포함할 경우 85 kHz의 주파수에서 500 내지 3,000의 투자율 및 100 내지 1,000의 투자손실을 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 제 3 자성부가 비파쇄형의 나노결정성 자성체를 포함할 경우 85 kHz의 주파수에서 10,000 내지 150,000의 투자율 및 1,000 내지 10,000의 투자손실을 가질 수 있다.
방열부
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는, 효과적인 열전달을 위해 방열부를 더 포함할 수 있다.
무선충전 시에 자성부에는 집속된 자속의 양과 투자손실에 비례하여 많은 열이 발생하는데, 상기 방열부는 상기 자성부에서 발생된 열을 효과적으로 외부로 전달시킬 수 있다.
상기 방열부는 시트 형상을 가질 수 있으며, 즉 상기 방열부는 방열 시트를 포함할 수 있다.
상기 방열부는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 방열 필러를 포함할 수 있다.
이와 같이 상기 방열부는 고분자 성분을 포함하여 상기 쉴드부와 상기 자성 시트 간의 접착력을 발휘할 수 있고, 또한 외부의 충격으로부터 상기 자성부가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
상기 바인더 수지로서 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리페닐설파이드(PSS) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지, 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 바인더 수지는 경화성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 광경화성 수지 및/또는 열경화성 수지일 수 있으며, 특히 경화되어 접착성을 나타낼 수 있는 수지일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더 수지는 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.
구체적인 일례로서, 상기 바인더 수지는 실리콘계 수지 및 아크릴계 수지 중에서 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 방열 필러는 세라믹 입자, 카본 입자 및 금속 입자 중에서 1종 이상일 수 있다. 상기 세라믹 입자는 금속의 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있고, 구체적으로 실리카, 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘 등을 포함할 수 있다. 상기 카본 입자는 그라파이트, 카본블랙, 카본나노튜브 등을 포함할 수 있다. 상기 금속 입자는 구리, 은, 철 니켈 등을 포함할 수 있다.
상기 방열부 내의 상기 방열 필러의 함량은 70 중량% 내지 90 중량%, 70 중량% 내지 85 중량%, 또는 75 중량% 내지 90 중량%일 수 있다.
상기 방열부의 열전도도는 0.5 W/m·K 내지 30 W/m·K일 수 있고, 구체적으로 2 W/m·K 내지 5 W/m·K일 수 있다.
상기 방열부의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있고, 구체적으로 0.1 mm 내지 3 mm, 또는 0.2 mm 내지 1 mm일 수 있다.
상기 방열부는 상기 제 1 자성부, 상기 제 2 자성부 또는 상기 제 3 자성부와 동일한 면적을 갖거나, 이와 다른 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 방열부가 상기 제 1 자성부의 외곽부 상에 배치될 경우, 상기 방열부는 상기 외곽부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 또한 상기 방열부가 상기 제 3 자성부와 상기 쉴드부 사이에 배치될 경우, 상기 방열부는 상기 제 3 자성부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 방열부는 작은 면적으로도 우수한 방열 특성과 접착성 및 내충격성을 발휘할 수 있다.
자성부 및 방열부의 배치
상기 방열부는 상기 제 3 자성부와 상기 쉴드부 사이에 배치될 수 있다.
상기 방열부는 제 3 자성부와 상기 쉴드부 간의 보다 효과적인 열의 이동을 위한 열전도성 매개체로서 기능할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 3 자성부는 상기 방열부를 통하여 상기 쉴드부에 열적으로 연결될 수 있다.
이를 위해 상기 방열부는 상기 제 3 자성부와 상기 쉴드부에 동시에 접촉할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 방열부는 상기 제 3 자성부와 상기 쉴드부를 접착할 수 있다. 이에 따라 상기 제 3 자성부에서 발생하는 열이 상기 방열부를 통해 상기 쉴드부로 전달되어 외부로 방출되는데 용이할 수 있다.
아울러, 상기 제 3 자성부는 상기 제 2 자성부와 접촉하고, 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 접촉할 수 있다. 이때 상기 상기 제 1 자성부, 상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부는 열적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 상기 제 1 자성부와 상기 제 2 자성부 사이 및/또는 상기 제 2 자성부와 상기 제 3 자성부 사이에 추가적인 방열부가 구비될 수 있고, 그에 따라 상기 제 1 자성부 및/또는 제 2 자성부에서 발생한 열이 상기 추가적인 방열부를 통하여 보다 효과적으로 상기 쉴드부로 최종 전달될 수 있다.
상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부는 각각 상기 제 1 자성부의 외곽부, 상기 중심부, 또는 이들 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 일례로서, 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부의 외곽부 상에 배치될 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부는 상기 외곽부 상에 배치될 수 있다. 이에 따라 코일 주위의 높은 자속 밀도를 효과적으로 분산시킬 수 있어서, 상기 제 1 자성부 단독으로 사용하는 경우에 비해 충전 효율을 높여줄 수 있다. 또는, 상기 제 2 자성부 및 상기 제 3 자성부는 상기 외곽부 및 상기 중심부의 적어도 일부에 걸쳐 배치될 수 있다.
또한 상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부와 결합되거나 분리되어 배치될 수 있다.
또한 상기 제 2 자성부가 상기 쉴드부와 상기 제 1 자성부의 사이에 배치될 수 있다.
도 8a에서 보듯이, 상기 제 2 자성부(500) 및 상기 제 3 자성부(700)는 상기 쉴드부(400)와 상기 제 1 자성부(300)의 사이에 배치되고, 상기 방열부(810)는 상기 제 3 자성부(700)와 상기 쉴드부(400)에 동시에 접촉할 수 있다. 이와 같이 상기 제 1 자성부 대비 높은 투자율을 갖는 상기 제 2 자성부 및 제 3 자성부를 상기 쉴드부와 가까운 곳에 배치함에 따라 코일 주위의 높은 자속 밀도를 효과적으로 분산시킬 수 있어서, 상기 제 1 자성부 단독으로 사용하는 경우에 비해 충전 효율을 높여줄 뿐만 아니라 제 1 자성부의 코일 근접부에 집중되는 발열을 효과적으로 분산시켜 줄 수 있다. 또한 이때 상기 제 3 자성부에서 발생하는 열이 상기 방열부를 통해 상기 쉴드부로 효과적으로 전달될 수 있다. 예를 들어 상기 제 3 자성부가 시트 형태일 경우, 이의 일면 전부가 상기 방열부를 매개로 상기 쉴드부에 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 3 자성부는 상기 쉴드부의 일면 상에 상기 방열부를 매개로 부착될 수 있다.
또한 상기 제 2 자성부(500)와 상기 제 3 자성부(700) 사이에 추가적인 방열부(820)가 구비될 수 있고, 그에 따라 상기 제 1 자성부 및/또는 제 2 자성부에서 발생한 열이 상기 추가적인 방열부를 통하여 보다 효과적으로 상기 쉴드부로 최종 전달될 수 있다.
또한, 상기 제 1 자성부가 상기 쉴드부를 향하는 표면에 홈을 구비하고, 상기 제 2 자성부가 상기 홈에 삽입되어 배치될 수 있다.
도 8b에서 보듯이, 상기 제 1 자성부(300)가 상기 쉴드부(400)을 향하는 표면에 홈을 구비하고, 상기 제 2 자성부(500)가 상기 홈에 삽입 배치되며, 상기 제 3 자성부(700)가 상기 쉴드부(400)와 상기 제 2 자성부(500)의 사이에 배치되고, 상기 방열부(810)가 상기 제 3 자성부(700)와 상기 쉴드부(400)에 동시에 접촉할 수 있다.
이 경우 상기 제 1 자성부는 상기 제 2 자성부의 하우징으로서 역할을 할 수 있어서, 상기 제 2 자성부를 고정하기 위한 별도의 접착제나 구조물이 필요하지 않을 수 있다. 특히 상기 제 1 자성부는 자성 분말과 바인더 수지를 이용한 고분자형 자성체를 이용하여 몰드를 통해 입체 구조로 성형이 가능하므로, 제 2 자성부를 넣기 위한 홈을 쉽게 형성할 수 있다. 또한 이때 상기 제 3 자성부에서 발생하는 열이 상기 방열부를 통해 상기 쉴드부에 효과적으로 전달될 수 있다.
상기 제 1 자성부에 형성된 홈의 깊이는 상기 제 2 자성부의 두께(높이)보다 더 크거나 또는 더 작을 수 있다.
또는 상기 제 1 자성부에 형성된 홈의 깊이는 상기 제 2 자성부의 두께(높이)와 동일할 수 있다. 이 경우, 상기 제 3 자성부는 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부와 접촉할 수 있다.
또한, 상기 무선충전 장치가 상기 제 3 자성부(700)와 상기 제 1 및 제 2 자성부(300, 500) 사이에 배치된 방열부(820)를 더 포함하고, 상기 방열부(820)가 상기 제 1 자성부(300), 상기 제 2 자성부(500) 및 상기 제 3 자성부(700)에 동시에 접촉함으로써, 열을 보다 효과적으로 전달할 수 있다.
지지부
도 5에서 보듯이, 상기 무선충전 장치(10)는 상기 코일부(200)를 지지하는 지지부(100)을 더 포함할 수 있다. 상기 지지부의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 지지부의 재질 및 구조를 채용할 수 있다. 상기 지지부는 평판 구조 또는 코일부를 고정시킬 수 있도록 코일부 형태를 따라 홈이 파여진 구조를 가질 수 있다.
하우징
도 5, 6, 및 7a에서 보듯이, 상기 구현예에 따른 무선충전 장치(10)는 전술한 구성 요소들을 수용하는 하우징(600)을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 코일부, 쉴드부, 자성부 등의 구성 요소가 적절하게 배치되어 조립될 수 있게 한다. 상기 하우징의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 하우징의 재질 및 구조를 채용할 수 있으며, 그 내부에 포함되는 구성 요소에 따라 적절히 설계될 수 있다.
스페이서
또한 상기 구현예에 따른 무선충전 장치는, 상기 쉴드부와 자성부 간의 공간을 확보하기 위한 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 하우징의 재질 및 구조를 채용할 수 있다.
이동 수단
상기 무선충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 9는 무선충전 장치가 적용된 이동 수단, 구체적으로 전기 자동차를 나타낸 것으로서, 하부에 무선충전 장치를 구비하여 전기 자동차용 무선 충전 시스템이 구비된 주차 구역에서 무선으로 충전될 수 있다.
도 9를 참조하여, 일 구현예에 따른 이동 수단(1)은 상기 구현예에 따른 무선충전 장치를 수신기(21)로 포함한다. 상기 무선충전 장치는 이동 수단(1)의 무선충전의 수신기(21)로 역할하고 무선충전의 송신기(22)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
이와 같이 상기 이동 수단은 무선충전 장치를 포함하고, 상기 무선충전 장치는 앞서 설명한 바와 같은 구성을 가진다.
구체적으로, 상기 이동 수단에 포함되는 무선충전 장치는, 코일부; 및 상기 코일부 상에 배치되는 제 1 자성부를 포함하고, 상기 제 1 자성부는 상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및 상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부를 포함하고, 상기 외곽부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 더 크다.
상기 이동 수단에 포함되는 무선충전 장치의 각 구성요소들의 구성 및 특징은 앞서 설명한 바와 같다.
상기 이동 수단은 상기 무선충전 장치로부터 전력을 전달받는 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 무선충전 장치는 무선으로 전력을 전송받아 상기 배터리에 전달하고, 상기 배터리는 상기 전기 자동차의 구동계에 전력을 공급할 수 있다. 상기 배터리는 상기 무선충전 장치 또는 그 외 추가적인 유선충전 장치로부터 전달되는 전력에 의해 충전될 수 있다.
또한 상기 이동 수단은 충전에 대한 정보를 무선 충전 시스템의 송신기에 전달하는 신호 전송기를 더 포함할 수 있다. 이러한 충전에 대한 정보는 충전 속도와 같은 충전 효율, 충전 상태 등일 수 있다.

Claims (15)

  1. 코일부; 및
    상기 코일부 상에 배치되는 제 1 자성부를 포함하고,
    상기 제 1 자성부는
    상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및
    상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부를 포함하고,
    상기 외곽부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 더 큰, 무선충전 장치.
    　
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자성부가 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자성부가 몰드를 통해 입체 구조로 성형된 것인, 무선충전 장치.
    　
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선충전 장치가
    상기 제 1 자성부 상에 배치되는 쉴드부를 더 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 자성부의 외곽부 중 적어도 일부가 상기 쉴드부에 접촉하는, 무선충전 장치.
    　
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 무선충전 장치가
    상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치되는 제 2 자성부를 더 포함하고,
    상기 제 2 자성부는 상기 제 1 자성부 대비 85 kHz에서 높은 투자율을 가지는, 무선충전 장치.
    　
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 자성부가 85 kHz의 주파수에서 5 내지 300의 투자율을 가지고,
    상기 제 2 자성부가 85 kHz의 주파수에서 1,000 내지 5,000의 투자율을 가지는, 무선충전 장치.
    　
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 자성부가 상기 제 1 자성부의 외곽부 상에 배치되는, 무선충전 장치.
    　
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 자성부가 상기 쉴드부와 상기 제 1 자성부의 사이에 배치되는, 무선충전 장치.
    　
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 자성부가 상기 쉴드부를 향하는 표면에 홈을 구비하고,
    상기 제 2 자성부가 상기 홈에 삽입되어 배치되는, 무선충전 장치.
    　
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선충전 장치가
    상기 제 1 자성부 상에 배치되고, 상기 제 1 자성부와 다른 투자율을 가지는 제 2 자성부; 및
    상기 제 2 자성부 상에 배치되고, 상기 제 2 자성부와 다른 투자율을 가지는 제 3 자성부를 더 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 자성부는 자성 분말 및 바인더 수지를 포함하고,
    상기 제 2 자성부는 페라이트계 자성체를 포함하고,
    상기 제 3 자성부는 나노결정성 자성체를 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 자성부는 85 kHz에서 상기 제 1 자성부 및 상기 제 2 자성부보다 더 높은 투자율을 가지고,
    상기 제 2 자성부는 85 kHz에서 상기 제 1 자성부보다 더 높은 투자율을 가지는, 무선충전 장치.
    　
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 자성부는 상기 쉴드부와 열적으로 연결되는, 무선충전 장치.
    　
  15. 무선충전 장치를 포함하는 이동 수단으로서,
    상기 무선충전 장치가
    코일부; 및
    상기 코일부 상에 배치되는 제 1 자성부를 포함하고,
    상기 제 1 자성부는
    상기 코일부가 배치되는 부분에 대응되는 외곽부; 및
    상기 외곽부에 의해서 둘러싸이는 중심부를 포함하고,
    상기 외곽부의 두께가 상기 중심부의 두께보다 더 큰, 이동 수단.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023186365A1 (de) * 2022-03-29 2023-10-05 Mahle International Gmbh Stationäre bodenbaugruppe für eine induktive ladevorrichtung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110042403A (ko) 2009-10-19 2011-04-27 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
KR20140067957A (ko) * 2010-11-29 2014-06-05 후지쯔 가부시끼가이샤 휴대 기기 및 급전 시스템
KR20160100786A (ko) * 2015-02-16 2016-08-24 주식회사 아모센스 콤보 안테나용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈
JP2016537958A (ja) * 2013-09-13 2016-12-01 クアルコム，インコーポレイテッド 狭空間および非対称結合のためのピックアップコイル設計
KR101971091B1 (ko) * 2018-01-30 2019-04-22 엘지이노텍 주식회사 차폐층을 포함하는 안테나 모듈 및 무선 전력 수신 장치
KR20190106082A (ko) * 2018-03-07 2019-09-18 엘지전자 주식회사 무선 충전 패드 및 무선 충전 장치

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4605192B2 (ja) 2007-07-20 2011-01-05 セイコーエプソン株式会社 コイルユニット及び電子機器
JP2009267077A (ja) 2008-04-25 2009-11-12 Seiko Epson Corp コイルユニット及びそれを用いた電子機器
EP2535906B1 (en) * 2010-02-05 2017-11-01 Hitachi Metals, Ltd. Magnetic circuit for a non-contact charging device, power supply device, power receiving device, and non-contact charging device
US10090885B2 (en) * 2011-04-13 2018-10-02 Qualcomm Incorporated Antenna alignment and vehicle guidance for wireless charging of electric vehicles
JP2013017254A (ja) * 2011-06-30 2013-01-24 Equos Research Co Ltd 電力伝送システム
JP5853199B2 (ja) * 2011-08-25 2016-02-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 非接触給電システムの金属異物検出方法、非接触給電装置、電気機器に設けられた受電装置及び非接触給電システム
US11005285B2 (en) * 2012-03-21 2021-05-11 Mojo Mobility, Inc. Wireless power transfer
CN106816297B (zh) 2012-04-10 2020-01-07 松下知识产权经营株式会社 无线电力传输装置、供电装置以及受电装置
US9837846B2 (en) * 2013-04-12 2017-12-05 Mojo Mobility, Inc. System and method for powering or charging receivers or devices having small surface areas or volumes
JP2014220953A (ja) 2013-05-10 2014-11-20 株式会社東海理化電機製作所 コイル装置と非接触充電装置
JP2015103722A (ja) 2013-11-27 2015-06-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 非接触伝送装置
KR101878353B1 (ko) * 2015-01-12 2018-07-13 주식회사 아모그린텍 무선전력 송신장치 및 이를 구비한 무선 충전장치
EP3361487B1 (en) 2015-10-05 2021-09-22 Amogreentech Co., Ltd. Magnetic sheet, module comprising same, and portable device comprising same
US10229782B2 (en) 2015-12-21 2019-03-12 Mediatek Inc. Wireless power coil with multi-layer shield
KR101843267B1 (ko) * 2016-07-07 2018-03-28 삼성전기주식회사 자성체 시트 및 전자기기
DE102017207266A1 (de) * 2017-04-28 2018-10-31 Mahle International Gmbh Induktionsladevorrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110042403A (ko) 2009-10-19 2011-04-27 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
KR20140067957A (ko) * 2010-11-29 2014-06-05 후지쯔 가부시끼가이샤 휴대 기기 및 급전 시스템
JP2016537958A (ja) * 2013-09-13 2016-12-01 クアルコム，インコーポレイテッド 狭空間および非対称結合のためのピックアップコイル設計
KR20160100786A (ko) * 2015-02-16 2016-08-24 주식회사 아모센스 콤보 안테나용 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈
KR101971091B1 (ko) * 2018-01-30 2019-04-22 엘지이노텍 주식회사 차폐층을 포함하는 안테나 모듈 및 무선 전력 수신 장치
KR20190106082A (ko) * 2018-03-07 2019-09-18 엘지전자 주식회사 무선 충전 패드 및 무선 충전 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023186365A1 (de) * 2022-03-29 2023-10-05 Mahle International Gmbh Stationäre bodenbaugruppe für eine induktive ladevorrichtung

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