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KR101813301B1 - 자성시트, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법 - Google Patents

자성시트, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법 Download PDF

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KR101813301B1
KR101813301B1 KR1020130122097A KR20130122097A KR101813301B1 KR 101813301 B1 KR101813301 B1 KR 101813301B1 KR 1020130122097 A KR1020130122097 A KR 1020130122097A KR 20130122097 A KR20130122097 A KR 20130122097A KR 101813301 B1 KR101813301 B1 KR 101813301B1
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Abstract

본 발명은 자성시트, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 무선충전 모듈에 사용되는 자성시트에 있어서, 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 금속성 시트층; 및 세그먼트들의 분할 간격에 채워진 절연재;를 포함하고, 코일 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로를 형성하는 자성시트가 제안된다. 또한, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법이 제안된다.

Description

자성시트, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법{MAGNETIC SHEET, WIRELESS CHARGING MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING MAGNETIC SHEET}
본 발명은 자성시트, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 와전류에 의한 자기손실을 감소시키는 자성시트, 무선충전 모듈 및 자성시트 제조방법에 관한 것이다.
무선충전은 교류전류에 의해 유도된 자기장이 무선충전모듈 내부에 삽입된 코일에 유도기전력을 발생시켜, 이를 다시 2차 전지에 충전하는 시스템을 갖는다. 전자기 유도방식의 무선충전은 전력을 송전해 주는 송전코일과 송전코일에서 발생된 자기장을 받는 수전코일로 이루어져 있다. 이때, 수전 코일에 금속성질에 물체, 예컨대 배터리가 근접하게 되면 수전코일에서 발생되는 자기장에 의해 금속 내부에서 와전류가 발생되고 이로 인해 금속물체에서의 발열 및 자기장의 손실로 인한 효율 감소가 일어난다. 이러한 금속물체에서의 와전류 손실(eddy current loss)을 방지하기 위해 수전코일과 금속물체 사이에 자성을 가지는 시트를 삽입한다. 이때, 자성시트에서 요구되는 특성은 고포화자속밀도와 사용되는 주파수 대역에서의 저손실특성을 요구하며, 특히 휴대기기에 슬림화에 따라 시트의 자기적 특성을 증가시켜 시트를 슬림화하려는 경향으로 진행되고 있다.
현재 자성시트로는 세라믹 자성체인 페라이트를 원료로 하여 소결한 페라이트 시트와 샌더스트(Sendust)와 Fe-Si-Cr의 금속자성분말을 편상화 처리를 진행한 후 고분자 수지와 혼합하여 제조한 메탈 컴포짓 자성시트가 주로 사용되고 있다. 이에 비해 금속박 또는 금속성 자성시트는 포화자속밀도는 매우 높으나 무선충전 주파수 대역에서의 자기 손실이 매우 높아 무선충전효율을 저하시키므로 제한적으로 사용되고 있다.
일본 공표특허공보 특표2010-527226 (2010년 8월 5일 공개)
금속성 자성시트 내부에서의 자기 손실에 따른 무선충전 효율의 저하를 극복하고자, 자성시트 내부에서 와전류에 의한 자기손실을 감소시키는 기술을 구현하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 모습에 따라, 무선충전 모듈에 사용되는 자성시트에 있어서, 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 금속성 시트층; 및 세그먼트들의 분할 간격에 채워진 절연재;를 포함하고, 코일 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로를 형성하는 자성시트가 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 금속성 시트층의 각 세그먼트는 하나의 합금 리본층을 구비하여 형성되거나 또는 층간에 접착층이 개재된 다수의 합금 리본층들이 적층되어 형성되고, 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성될 수 있다.
또한, 이때, 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열일 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 금속성 시트층에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나이고, 절연재는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 하나의 예에서, 금속성 시트층의 세그먼트들은 격자 구조로 균일하게 분할될 수 있다.
또 하나의 예에 따르면, 세그먼트의 폭은 0.5 ~ 12㎜ 이고, 절연재의 폭은 10㎛ ~ 3 ㎜ 일 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 모습에 따라, 코일층; 코일층의 상부 또는 하부에 적층된 금속체; 및 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 금속성 시트층 및 세그먼트들의 분할 간격에 채워진 절연재를 포함하고, 코일층과 금속체 사이에 개재되며 코일층 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로를 형성하는 자성시트;를 포함하여 이루어지는 무선충전 모듈이 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 금속성 시트층의 각 세그먼트는 상하부에 접착층이 형성된 하나의 합금 리본층을 구비하여 형성되거나 또는 적층체의 상하부 및 층간에 접착층이 개재된 다수의 합금 리본층들이 적층되어 형성되고, 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성될 수 있다.
또한, 이때, 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열일 수 있다.
또 하나의 예에서, 각 세그먼트는 금속체와 접촉되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 금속성 시트층에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나이고, 절연재는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 하나의 예에서, 무선충전 모듈은 무선 수신측 충전모듈에 형성될 수 있다.
또한, 하나의 예에 따르면, 무선충전 모듈은 휴대용 전자 단말기의 충전모듈을 형성할 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 세그먼트의 폭은 0.5 ~ 12㎜ 이고, 절연재의 폭은 10㎛ ~ 3 ㎜ 일 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 모습에 따라, 무선충전 모듈에 사용되며 코일 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로를 형성하는 자성시트의 제조방법에 있어서, 금속성 시트층을 준비하고 소정 간격으로 이격되게 다수 세그먼트들로 분할시키는 단계; 및 세그먼트들 사이의 분할 간격에 절연재를 채우는 단계;를 포함하여 이루어지는 자성시트 제조방법이 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 금속성 시트층을 준비하는 공정에서, 금속성 시트층은 하나의 합금 리본층을 구비하여 형성되거나 또는 층간에 접착층을 개재시킨 다수의 합금 리본층들을 적층시켜 형성되되, 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성될 수 있다.
또한, 이때, 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열이고, 절연재를 채우는 단계에서 채워지는 절연재는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 다수 세그먼트들로 분할시키는 단계에서, 세그먼트의 폭은 0.5 ~ 12㎜ 범위로, 그리고 세그먼트의 분할 간격은 10㎛ ~ 3 ㎜ 범위가 되도록 분할시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 포화자속밀도는 매우 높지만, 무선충전 주파수대역에서 자기 손실이 매우 큰 금속성 자성시트를 분할하고 절연재를 채움으로써 자성시트 내부에서 발생되는 와전류에 의한 자기손실을 감소시켜 무선충전효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 하나의 예에 따라, 무선충전용으로 적용되는 미분할 자성시트에 비해 동일 두께에서 높은 충전효율을 확보함으로써 휴대기기에 슬림화를 확보할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1a 및 1b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자성시트를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자성시트의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 무선충전 모듈을 개략적으로 나타낸 분해도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 무선충전 모듈이 적용된 무선충전모듈에서의 자기 경로(magnetic path)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 자성시트 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6a는 비교예에 따라 분할되지 않은 금속성 시트층을 구비한 자성시트의 투자율과 손실율을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 하나의 예에 따른 자성시트의 투자율과 손실율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 금속성 시트층의 분할 수에 따른 충전효율의 변화를 나타내는 그래프이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 배치 관계에서 '직접'이라는 한정이 없는 이상, '직접 연결, 결합 또는 배치'되는 형태뿐만 아니라 그들 사이에 또 다른 구성요소가 개재됨으로써 연결, 결합 또는 배치되는 형태로도 존재할 수 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 참조되는 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예시로써, 모양, 크기, 두께 등은 기술적 특징의 효과적인 설명을 위해 과장되게 표현된 것일 수 있다.
자성시트
우선, 본 발명의 제1 모습에 따른 자성시트를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴볼 것이다. 이때, 참조되는 도면에 기재되지 않은 도면부호는 동일한 구성을 나타내는 다른 도면에서의 도면부호일 수 있다.
도 1a 및 1b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자성시트를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자성시트의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6a는 비교예에 따라 분할되지 않은 금속성 시트층을 구비한 자성시트의 투자율과 손실율을 나타내는 그래프이고, 도 6b는 본 발명의 하나의 예에 따른 자성시트의 투자율과 손실율을 나타내는 그래프이다. 도 7은 금속성 시트층의 분할 수에 따른 충전효율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1a, 1b, 2a 및/또는 2b를 참조하면, 하나의 예에 따른 무선충전 모듈에 사용되는 자성시트(10)는 금속성 시트층(11, 11') 및 절연재(13)를 포함하고 있다. 이때, 자성시트(10)는 무선충전 모듈의 코일(도 4의 도면부호 30 참조) 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로(magnetic path)를 형성할 수 있다. 예컨대, 도 4에서, 자성 시트(10)가 자기장의 자기 경로(magnetic path)를 생성함으로써, 코일층(30) 상부 또는 하부에 형성된 금속체(20)로의 자기장의 영향을 차폐시키는 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 금속체(20)에서의 자기장에 의한 와전류(eddy current) 손실을 억제할 수 있다.
이때, 도 1a, 1b, 2a 및/또는 2b를 참조하여 각 구성을 구체적으로 살펴본다. 자성시트(10)의 금속성 시트층(11, 11')은 다수 분할된 세그먼트들(11a)로 이루어진다. 예컨대, 금속성 시트층(11, 11')은 포화자속밀도가 매우 높지만, 도 6a를 참조하면, 예를 들면 무선충전 주파수 대역인 100 ~ 200 kHz에서 와전류(eddy current)에 의한 자기 손실이 클 수 있다. 이때, 도 6b를 참조하면, 금속성 시트층(11, 11')을 인위적으로 소정 간격으로 분할시켜 투자율이 일부 감소하나 자성시트(10) 내부에서 발생되는 와전류에 의한 자기 손실을 충분히 감소시킴으로써 무선충전 효율을 증가시킬 수 있다. 도 6a 및 6b에서 μ'은 투자율을 나타내고, μ"은 자기 손실 값을 나타낸다.
즉, 금속성 시트층(11, 11')을 인위적으로 다수의 세그먼트들(11a)로 분할시켜 금속성 시트층(11, 11')에 갭을 형성하거나 갭이 형성된 부분에 절연재(13)를 채우게 되면, 예컨대 분할이 없는 금속성 자성시트 보다 투자율은 저하되지만, 본 실시예에 따른 자성시트(10) 내부에서의 자기 손실 값을 감소시킬 수 있다. 이때, 비록 투자율이 저하되지만, 충분한 자기 경로(magnetic path)를 형성할 수 있으므로, 예컨대, 도 4에서의 금속체(20)로의 자기장의 영향을 차폐시키는 역할을 수행하여 금속체(20)에서의 자기장에 의한 와전류(eddy current) 손실을 억제할 수 있다.
도 6a 및 6b를 참조하여 살펴보면, 이때, 다수 세그먼트들(11a)로 분할 후 자기 손실 값(μ")의 감소는 자성시트(10)의 Q값을 증가시키므로, 분할되지 않은 자성시트보다 무선충전효율이 증가 되는 효과가 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 동일 두께의 자성시트(10)에서 금속성 시트층(11, 11')의 분할 수가 증가할수록, 자성시트(10) 내의 자기손실 감소에 따른 무선충전 효율이 증가할 수 있다. 또한, 페라이트 시트와 메탈-컴포지트(Metal-composite) 시트에 비하여, 본 실시예의 적용예에서 456 매트릭스로 분할된 세그먼트들(11a)을 포함하는 자성시트(10)가 동일한 무선충전 효율을 기준으로 할 때 자성시트(10)의 두께가 대략 100㎛ 정도 감소되는 효과가 나타났다. 도 7은 예컨대 48 × 38㎜ 사이즈의 자성시트(10)를 무분할 시트, 4 매트릭스 분할시트, 12 매트릭스 분할시트, 36 매트릭스 분할시트, 456 매트릭스 분할시트에 대하여 무선충전효율을 비교한 것이다. 즉, 본 실시예에 따른 자성시트(10)는 종래의 다른 자성시트보다 동일 두께에서 높은 무선충전효율을 확보함으로써 예컨대 휴대용 전자단말의 슬림화를 확보할 수 있다.
예컨대, 도 1a 및/또는 1b를 참조하면, 금속성 시트층(11)의 세그먼트들(11a)은 격자 구조로 균일하게 분할될 수 있다. 도 1a 및 1b에서 세그먼트(11a)는 정사각형과 마름모 형상으로 예시되고 있으나, 삼각형, 다른 사각형, 육각형 등의 다각형 형상으로 균일하게 분할될 수 있다. 또는, 도시되지 않았으나, 무정형 형상으로 불균일하게 분할되도록 변형될 수도 있다.
도 2a를 참조하여 하나의 예를 살펴본다. 도 2a를 참조하면, 금속성 시트층(11)의 분할된 세그먼트(11a)의 폭(Wm)은 0.5 ~ 12㎜ 일 수 있다. 금속성 시트층(11)의 분할 세그먼트(11a)의 폭(Wm)이 12㎜ 이상인 경우 분할 세그먼트(11a)의 크기 증가에 따른 와전류 손실(eddy current loss)의 증가로 인해 무선충전 효율의 증가가 어려울 수 있다. 한편, 분할 세그먼트(11a)의 폭(Wm)이 0.5㎜ 이하인 경우 분할 세그먼트(11a)의 크기 감소에 따른 와전류 손실은 감소하나 투자율 감소로 인하여 무선충전 효율이 0.5㎜ 크기의 분할 세그먼트(11a)와 유사하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 하나의 예에서, 분할 세그먼트(11a)의 폭(Wm)은 0.5 ~ 12㎜ 일 수 있다. 예컨대, 이때, 분할 세그먼트(11a) 간의 분할 간격(11b)의 폭(Wi)은 10㎛ ~ 3 ㎜ 일 수 있다. 세그먼트(11a) 간 분할 간격(11b)의 폭(Wi)이 10㎛ 이하가 되면 분할 간격(11b)에 채워지는 절연재(13)의 절연층 파괴에 따라 와전류 손실 감소의 효과가 줄어들 수 있고, 세그먼트(11a) 간 분할 간격(11b)의 폭(Wi)이 3㎜ 이상이 되면 금속성 시트층(11) 내에서 자성체 부피가 작아지고 이에 따라 무선충전 효율이 감소될 수 있다.
도 2a에서 금속성 시트층(11)은 하나의 층으로 도시되고 있으나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속성 시트층(11')은 다수의 합금 리본층들(111, 211)이 적층된 구조로 형성될 수도 있다.
또 하나의 예를 살펴보면, 예컨대, 금속성 시트층(11, 11')에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나일 수 있다.
도 2a 및/또는 2b를 참조하여 또 하나의 예를 살펴본다. 예컨대, 도 2a를 참조하면, 금속성 시트층(11)의 각 세그먼트(11a)는 하나의 합금 리본층을 구비하여 형성될 수 있다. 예컨대, 자성시트(10)를 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 코일층(30)과 금속체(20) 사이에 개재시키기 위해, 하나의 합금 리본층의 상하부에 접착층이 형성될 수 있다.
또한, 도 2b를 참조하면, 금속성 시트층(11')의 각 세그먼트(11a)는 층간에 접착층(112)이 개재된 다수의 합금 리본층들(111, 211)이 적층되어 형성될 수 있다. 예컨대, 층간에 접착층(112)이 개재된 다수의 합금 리본층 적층체의 상하부에 접착층(112)이 더 형성될 수 있다. 또한, 도 2b를 참조하면, 적층체의 일측 최외각에 보호층(113)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 금속성 시트층(11')의 각 세그먼트(11a)는 다수의 합금 리본층 세그먼트들(111a, 211a)과 접착층 세그먼트(112a), 그리고 보호층 세그먼트(113a)의 적층구조로 이루어질 수 있다.
이때, 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성될 수 있다.
예컨대, 합금 리본은 샌더스트(SDST alloy) 계열, 퍼멀로이(Permalloy) 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열일 수 있다.
계속하여, 도 1a, 1b, 2a 및/또는 2b를 참조하면, 자성시트(10)의 절연재(13)는 금속성 시트층(11, 11')의 세그먼트들(11a)의 분할 간격(11b)에 채워져 있다. 이때, 절연재(13)는 금속성 시트층(11, 11') 내부의 투자율을 일부 감소시키지만 금속성 시트층(11, 11') 내에서의 와전류를 억제하여 와전류에 의한 자기 손실을 대폭 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 무선충전 효율의 증가를 기대할 수 있다. 한편, 도 6b를 참조하여 살펴보면, 절연재(13)에 의한 금속성 시트층(11, 11') 내부의 투자율(μ') 감소에도 불구하고 자기 경로(magnetic path)를 형성시킴으로써, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 자성시트(10)의 일측에 형성된 금속체(20)로의 자기장의 영향을 대폭 감소 또는 차폐시켜 금속체(20)에서의 와전류 생성을 억제하여 무선충전 효율을 증가시킬 수 있다.
예컨대, 도 2a를 참조하면, 절연재(13)의 폭(Wi)은 10㎛ ~ 3 ㎜ 일 수 있다. 분할 간격(11b)에 채워진 절연재(13)의 폭(Wi)이 10㎛ 이하가 되면 절연재(13)의 절연층 파괴에 따라 와전류 손실 감소의 효과가 줄어들 수 있고, 절연재(13)의 폭(Wi)이 3㎜ 이상이 되면 금속성 시트층(11) 내에서 자성체 부피가 작아지고 이에 따라 무선충전 효율이 감소될 수 있다.
유전율이 높은 절연재(13) 사용 시 세그먼트(11a) 간의 분할 간격(11b)을 줄일 수 있고, 절연재(13)의 폭(Wi)을 줄일 수 있다.
예컨대, 하나의 예에서, 절연재(13)는 염소화폴리에틸렌(CPE, Chlorinated PolyEthylene) 수지, 폴리프로필렌(PP, PolyPropylene) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR, Ethylene Propylene Rubber) 수지, 천연고무(NR, Natural Rubber) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR, Nitrile Butadiene Rubber) 수지, 폴리염화비닐(PVC, PolyVinyl Chloride) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선충전 모듈
다음으로, 본 발명의 제2 모습에 따른 무선충전 모듈을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 전술한 제1 모습의 실시예들에 따른 자성시트 및 도 1a ~ 2b, 6a 및 6b가 참조될 것이고, 이에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 무선충전 모듈을 개략적으로 나타낸 분해도이고, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 무선충전 모듈이 적용된 무선충전모듈에서의 자기 경로(magnetic path)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 하나의 예에 따른 무선충전 모듈은 코일층(30), 금속체(20) 및 자성시트(10)를 포함하여 이루어진다. 예컨대, 도 4를 참조하면, 하나의 예에서, 무선충전 모듈은 무선 수신측 충전모듈에 형성될 수 있다. 이때, 무선 수신측 충전모듈의 무선충전 모듈의 코일층(30)에서 무선전력 송신측 코일로부터 생성된 자기장의 자속 플럭스에 의해 전자기가 유도되고 유도전류가 생성될 수 있다. 이에 따라, 무선충전이 이루어진다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 무선전력 송신측 모듈에도 무선충전 모듈이 형성될 수도 있다. 송신 측에서도 자기장의 생성되는 와전류 손실을 감소시켜 무선충전 효율을 증가시키기 위해 본 실시예에서의 무선충전 모듈이 구비될 수 있다.
하나의 예에 따르면, 무선충전 모듈은 휴대용 전자 단말기의 충전모듈을 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 금속체(20)는 코일층(30)의 상부 또는 하부에 적층된다. 예컨대, 금속체(20)는 무선충전 모듈 내부의 금속판 또는 금속 재질일 수 있다. 예컨대, 무선충전 가능한 전자기기의 배터리 또는 배터리 커버가 금속체(20)일 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 자성시트(10)는 코일층(30)과 금속체(20) 사이에 개재된다. 구체적으로 자성시트(10)를 살펴본다. 도 1a, 1b, 2a, 2b 및/또는 3을 참조하면, 자성시트(10)는 코일층(30)과 금속체(20) 사이에 개재되며 코일층(30) 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로를 형성할 수 있다. 이때, 자성시트(10)는 금속성 시트층(11, 11') 및 절연재(13)를 포함하고 있다. 금속성 시트층(11, 11')은 다수 분할된 세그먼트들(11a)로 이루어져 있다. 또한, 절연재(13)는 세그먼트들(11a)의 분할 간격(11b)에 채워져 있다.
이때, 자성시트(10)의 역할을 살펴본다. 무선충전 시 코일층(30) 주위에 자기장이 생성된다. 이때, 자기장이 금속체(20)에 영향을 미치면 금속체(20)에 와전류(eddy current)가 생성되어 자기 손실이 발생될 수 있다. 도 4를 참조하면, 이러한 자기 손실을 감소시키기 위해 코일층(30)과 금속체(20) 사이에 자성시트(10)가 개재되어 코일층(30) 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로(magnetic path)를 형성할 수 있다. 자성시트(10) 내부로 자기 경로가 형성되므로, 금속체(20)로의 자기장의 영향이 감소되어 금속체(20)에서의 와전류 생성이 감소 또는 억제될 수 있다. 이에 따라, 무선충전 효율이 증대될 수 있다. 예컨대, 도시되지 않았으나, 하나의 예에서, 와전류에 의한 자기손실을 더 감소시키기 위해, 금속체(20)를 자성시트(10)와 마찬가지로 다수의 셀로 분할할 수도 있다. 이때, 금속체(20)의 분할 셀은 예컨대 도 3의 금속성 시트층 세그먼트(11a)처럼 사각형 형상이거나 기타 다른 형상일 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 이때, 자성시트(10) 내부에서도 자기장에 의한 와전류(eddy current)가 생성되어 자기 손실이 발생할 수 있으므로, 자성시트(10) 내부에서의 와전류에 의한 자기손실을 대폭 감소 또는 억제시키기 위해 자성시트(10)의 금속성 시트층(11, 11')을 다수의 세그먼트들(11a)로 분할하게 된다. 도 6a 및 6b를 참조하면, 이에 따라, 자성시트(10) 내에서 투자율(μ')은 일부 감소되는 반면에 와전류에 의한 자기 손실 값(μ")을 대폭 감소시킬 수 있어 무선충전 효율을 증대시킬 수 있다.
하나의 예를 살펴보면, 예컨대, 금속성 시트층(11, 11')에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나일 수 있다. 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 등과 같은 금속재를 사용하여 금속성 시트층(11, 11')의 포화자속밀도를 높이고 자기장의 자기 경로를 원할하게 형성될 수 있도록 한다.
예컨대, 도 1a, 1b 및/또는 3을 참조하면, 금속성 시트층(11)의 세그먼트들(11a)은 격자 구조로 균일하게 분할될 수 있다. 또는, 도시되지 않았으나, 금속성 시트층(11)은 삼각형, 다른 사각형, 육각형 등의 다각형 세그먼트들로 균일하게 또는 무정형으로 불균일하게 분할될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 하나의 예에서, 세그먼트(11a)의 폭(Wm)은 0.5 ~ 12㎜ 이고, 절연재(13)의 폭(Wi)은 10㎛ ~ 3 ㎜ 일 수 있다. 분할 세그먼트(11a)의 폭(Wm)이 12㎜ 이상인 경우 세그먼트(11a)의 크기 증가에 따른 와전류 손실이 증가될 수 있고, 세그먼트(11a)의 폭(Wm)이 0.5㎜ 이하인 경우 크기 감소에 따른 와전류 손실은 감소하나 투자율 감소로 인하여 무선충전 효율이 0.5㎜ 크기의 분할 세그먼트(11a)와 유사하게 형성될 수 있다. 또한, 절연재(13)의 폭(Wi)은 10㎛ ~ 3 ㎜ 일 수 있다. 절연재(13)의 폭(Wi)이 10㎛ 이하가 되면 절연재(13)의 절연층 파괴에 따라 와전류 손실 감소의 효과가 줄어들 수 있고, 절연재(13)의 폭(Wi)이 3㎜ 이상이 되면 금속성 시트층(11) 내에서 자성체 부피가 작아져 무선충전 효율이 감소될 수 있다. 또한, 유전율이 높은 절연재(13) 사용 시 세그먼트(11a) 간의 분할 간격(11b)을 줄일 수 있고, 절연재(13)의 폭(Wi)을 줄일 수 있다.
또한, 도 2a 및/또는 2b를 참조하여 자성시트(10)를 구체적으로 살펴본다. 예컨대, 직접 도시되지 않았으나, 도 2a를 참조하면, 금속성 시트층(11)의 각 세그먼트(11a)는 상하부에 접착층(112)이 형성된 하나의 합금 리본층을 구비하여 형성될 수 있다. 또는, 도 2b를 참조하면, 금속성 시트층(11')의 각 세그먼트(11a)는 적층체의 상하부 및 층간에 접착층(112)이 개재된 다수의 합금 리본층들(111, 211)이 적층되어 형성될 수 있다.
예컨대, 도 2b를 참조하면, 또 하나의 예에서, 각 세그먼트(11a)는 금속체(20)와 접촉되는 보호층(113), 구체적으로 보호층 세그먼트(113a)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 보호층(113)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 재질일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
또한, 하나의 예에서, 금속성 시트층(11, 11')의 각 세그먼트(11a)에 형성된 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성될 수 있다.
예컨대, 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열일 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 자성시트(10)의 절연재(13)는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
자성시트 제조방법
다음으로, 본 발명의 제3 모습에 따른 자성시트 제조방법을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 전술한 제1 모습의 실시예들에 따른 자성시트, 전술한 제2 모습의 실시예들에 따른 무선충전 모듈 및 도 1a ~ 4, 6a 및 6b가 참조될 것이고, 이에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 자성시트 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 하나의 예에 따른 자성시트 제조방법은 무선충전 모듈에 사용되며 코일 주위에 생성되는 자기장의 자기 경로를 형성하는 자성시트(10)의 제조방법에 관한 것이다. 이때, 자성시트 제조방법은 세그먼트 분할 단계(S100) 및 절연재 충전(充塡) 단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
도 5를 참조하면, 세그먼트 분할 단계(S100)에서, 금속성 시트층(11)가 준비되고 소정 간격으로 이격되게 다수 세그먼트들(11a)로 분할된다. 예컨대, 이때, 준비되는 금속성 시트층(11, 11')에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나일 수 있다.
예컨대, 직접 도시되지 않았으나, 도 2a를 참조하면, 하나의 예에서, 금속성 시트층(11)을 준비하는 공정에서, 금속성 시트층(11)은 하나의 합금 리본층을 구비하여 형성될 수 있다. 또는, 도 2b를 참조하여 살펴보면, 금속성 시트층(11')은 층간에 접착층(112)을 개재시킨 다수의 합금 리본층들(111, 211)을 적층시켜 형성될 수 있다.
이때, 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성될 수 있다.
예컨대, 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열일 수 있다.
직접 도시되지 않았으나, 도 2a를 참조하면, 하나의 예에서, 세그먼트 분할 단계(S100)에서, 세그먼트(11a)의 폭(Wm)은 0.5 ~ 12㎜ 범위로, 그리고 세그먼트(11a)의 분할 간격(11b)의 폭(Wi)은 10㎛ ~ 3 ㎜ 범위가 되도록 금속 시트층이 다수 세그먼트(11a)로 분할될 수 있다. 예컨대, 다음의 절연재 충전(充塡) 단계(S300)에서 유전율이 높은 절연재(13) 사용 시, 세그먼트(11a) 간의 분할 간격(11b)을 줄일 수 있고, 절연재(13)의 폭(Wi)을 줄일 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 절연재 충전(充塡) 단계(S300)에서, 금속 시트층의 분할된 세그먼트들(11a) 사이의 분할 간격(11b)에 절연재(13)가 채워진다. 예컨대, 절연재(13)는 코팅 방식으로 채워질 수 있다.
예컨대, 하나의 예에서, 절연재 충전(充塡) 단계(S300)에서 채워지는 절연재(13)는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
10: 자성시트 11, 11': 금속성 시트층
11a: 세그먼트 13: 절연재
20: 금속체 30: 코일층 또는 코일

Claims (20)

  1. 다수의 합금 리본층의 적층 구조;
    상기 다수의 합금 리본층 사이에 개재된 접착층; 및
    상기 적층 구조의 적어도 일면에 형성되며 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 보호층;을 포함하며,
    상기 합금 리본층은,
    다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 금속성 시트층; 및
    상기 금속성 시트층의 상기 세그먼트들의 분할 간격에 채워진 절연재;를 포함하는 자성시트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성된 것을 특징으로 하는 자성시트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열인 것을 특징으로 하는 자성시트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속성 시트층에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나이고,
    상기 절연재는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성시트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속성 시트층의 상기 세그먼트들은 격자 구조로 균일하게 분할된 것을 특징으로 하는 자성시트.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 금속성 시트층의 상기 세그먼트의 폭은 0.5 ~ 12㎜ 이고,
    상기 절연재의 폭은 10㎛ ~ 3 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 자성시트.
  7. 코일층;
    상기 코일층의 상부 또는 하부에 적층된 금속체; 및
    다수의 합금 리본층의 적층 구조, 상기 다수의 합금 리본층 사이에 개재된 접착층 및 상기 적층 구조의 적어도 일면에 형성되며 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 보호층을 포함하며, 상기 합금 리본층은 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 금속성 시트층 및 상기 금속성 시트층의 상기 세그먼트들의 분할 간격에 채워진 절연재;를 포함하는 자성시트를 포함하여 이루어지는 무선충전 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성된 것을 특징으로 하는 무선충전 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열인 것을 특징으로 하는 무선충전 모듈
  10. 삭제
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속성 시트층에 포함된 금속재는 철, 니켈, 알루미늄, 코발트, 아연 중의 적어도 하나이고,
    상기 절연재는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선충전 모듈.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 무선충전 모듈은 무선 수신측 충전모듈에 형성되는 것을 특징으로 하는 무선충전 모듈.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 무선충전 모듈은 휴대용 전자 단말기의 충전모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선충전 모듈.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속성 시트층의 상기 세그먼트의 폭은 0.5 ~ 12㎜ 이고,
    상기 절연재의 폭은 10㎛ ~ 3 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 무선충전 모듈.
  15. 다수의 합금 리본층을 준비하고 각각의 상기 합금 리본층을 소정 간격으로 이격되게 다수 세그먼트들로 분할시키는 단계;
    상기 세그먼트들 사이의 분할 간격에 절연재를 채우는 단계;
    상기 다수의 합금 리본층 사이에 접착층을 개재하여 접합하는 단계; 및
    상기 다수의 합금 리본층의 적층 구조의 적어도 일면에 다수 분할된 세그먼트들로 이루어진 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 자성시트 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 합금 리본층은 비정질 및 나노결정 합금 리본으로 형성된 것을 특징으로 하는 자성시트 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 합금 리본은 샌더스트 계열, 퍼멀로이 계열, Fe-Si-B 계열, Fe-Si-B-Cu-Nb 계열, Fe-Zr-B 계열, Co-Fe-Si-B 계열 중 어느 하나 계열이고,
    상기 절연재를 채우는 단계에서 채워지는 상기 절연재는 염소화폴리에틸렌(CPE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌프로필렌고무(EPR) 수지, 천연고무(NR) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(NBR) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에스테르 계열 수지 및 에폭시 계열 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성시트 제조방법.
  18. 청구항 15 내지 17 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 다수 세그먼트들로 분할시키는 단계에서,
    상기 합금 리본층의 상기 세그먼트의 폭은 0.5 ~ 12㎜ 범위로, 그리고 상기 세그먼트의 분할 간격은 10㎛ ~ 3 ㎜ 범위가 되도록 분할시키는 것을 특징으로 하는 자성시트 제조방법.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호층의 세그먼트들은 상기 금속성 시트층의 세그먼트들에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 자성시트.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연재는 상기 보호층의 세그먼트들의 분할 간격에도 채워진 것을 특징으로 하는 자성시트.
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