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KR102034231B1 - 수신 안테나 및 이를 포함하는 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

수신 안테나 및 이를 포함하는 무선 전력 수신 장치 Download PDF

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KR102034231B1
KR102034231B1 KR1020130074619A KR20130074619A KR102034231B1 KR 102034231 B1 KR102034231 B1 KR 102034231B1 KR 1020130074619 A KR1020130074619 A KR 1020130074619A KR 20130074619 A KR20130074619 A KR 20130074619A KR 102034231 B1 KR102034231 B1 KR 102034231B1
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KR
South Korea
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이희정
염재훈
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치의 수신 안테나는 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재를 포함하고, 소정의 간격으로 틈새가 형성된 연자성층, 그리고 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 코일을 포함한다.

Description

수신 안테나 및 이를 포함하는 무선 전력 수신 장치{RECEIVING ANTENNAS AND WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 무선 충전에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 충전을 위한 수신 안테나 및 이를 포함하는 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
무선 전력 송수신 기술은 전자기기에게 전력을 무선으로 공급하는 기술이며, 휴대 단말의 배터리 충전뿐만 아니라, 가정용 전자제품에 대한 전력 공급, 전기자동차나 지하철에 대한 전력 공급 등에도 다양하게 적용될 수 있다.
전력 송수신 효율을 높이기 위하여, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 에너지 손실을 최소화할 필요가 있다. 이를 위하여, 송신 안테나와 수신 안테나를 유효 거리 이내에서 상호 정렬시킬 수 있다. 또한, 송신 안테나와 수신 안테나 주변에 연자성 소재를 배치하여, 송신 안테나가 방사하는 전자기 에너지를 수신 안테나의 방향으로 집속시킬 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 기능과 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 기능을 동시에 가지는 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다. WPC 기능은 저주파에서 작용하고, NFC 기능은 고주파에서 작용한다. 이에 따라, 수신 안테나용 연자성 소재는 저주파뿐만 아니라 고주파에서도 낮은 손실 특성을 가질 필요가 있다.
특허문헌 1(일본 공개특허공보 특개2010-041906호(2010.02.18) 특허문헌 2(일본 공개특허공보 특개2006-310861호(2006.11.09)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자기 손실을 최소화하는 수신 안테나 및 이를 포함하는 무선 전력 수신 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치의 수신 안테나는 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재를 포함하고, 소정의 간격으로 틈새가 형성된 연자성층, 그리고 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 코일을 포함한다.
상기 기판과 상기 연자성층 사이에 상기 연자성층을 지지하는 지지대를 더 포함할 수 있다.
상기 코일은 상기 연자성층 상에서 상기 연자성층과 평행한 방향으로 감겨지며, 상기 코일의 적어도 일부는 양 틈새 사이에서 틈새와 평행하게 배치될 수 있다.
상기 연자성층은 상기 틈새에 의하여 서로 분리되는 복수의 서브 연자성층을 포함할 수 있다.
각 서브 연자성층의 폭은 상기 연자성층의 두께의 1 내지 50배일 수 있다.
상기 서브 연자성층의 폭은 0.02mm 내지 5mm로 형성될 수 있다.
상기 서브 연자성층의 폭은 0.02mm 내지 1mm로 형성될 수 있다.
상기 연자성층은 금속 리본일 수 있다.
상기 금속 리본은 나노 결정질 금속 리본일 수 있다.
상기 틈새에는 아크릴레이트(arcrylate) 계 수지가 충진될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치는 기판, 상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재를 포함하고, 소정의 간격으로 틈새가 형성된 연자성층, 그리고 상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 코일, 상기 코일과 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부, 그리고 상기 전기 에너지를 저장하는 저장부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치에서 수신 안테나의 전자기 에너지 집속 성능을 높일 수 있어, 무선 전력 송수신 효율을 최대화할 수 있다.
또한, 포화 자화가 높고, 저주파뿐만 아니라 고주파에서의 자기 손실도 최소화되어, NFC 성능과 WPC 성능을 동시에 보장하는 무선 전력 수신 장치를 얻을 수 있다.
또한, 얇은 두께에서도 요구되는 수준의 전자기 에너지 집속 효과를 얻을 수 있어, 슬림화 추세의 다양한 전자기기(예, TV, 휴대 단말, 노트북, 테블릿 PC 등) 기술에 적용이 가능하다.
그리고, 전자기 에너지 집속 성능이 우수하고, 재료의 가격이 저렴하므로, 전기자동차, 지하철, 전철 등의 대형 응용 분야에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 일반적인 연자성층 및 수신 코일을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층 및 수신 코일을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 포함되는 수신 안테나의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 5mm, 1mm 및 0.5mm 간격으로 틈새가 형성된 연자성층의 상면도이다.
도 8은 틈새의 간격 및 주파수에 따른 비정질 금속 리본에 대한 손실율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 틈새의 간격 및 주파수에 따른 나노 결정질 금속 리본에 대한 손실율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다. 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하고, 송신 안테나는 전기 에너지를 전자기 에너지로 변환하여 주변으로 방사한다. 무선 전력 수신 장치(200)는 송신 안테나로부터 방사된 전자기 에너지를 수신 안테나를 이용하여 수신하고, 이를 전기 에너지로 변환하여 충전한다.
여기서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들면 송신 패드(pad)이다. 그리고, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등의 일부 구성일 수 있다. 무선 전력 송수신 기술이 적용되는 휴대 단말, 가정용/개인용 전자제품, 운송 수단 등은 무선 전력 수신 장치(200)만을 포함하거나, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 모두 포함하도록 설정될 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송수신(Wireless Power Conversion, WPC) 기능과 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 기능을 동시에 가지는 모듈을 포함하도록 구성될 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치(200)는 NFC 모듈을 포함하는 외부 장치(300)와 근거리 무선 통신을 수행할 수도 있다.
도 2는 무선 전력 송신 장치의 일부를 나타내는 도면이고, 도 3은 무선 전력 수신 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 회로(미도시), 연자성 코어(110), 송신 코일(120) 및 영구 자석(130)을 포함한다.
연자성 코어(110)는 수 mm 두께의 연자성 소재로 이루어질 수 있다. 그리고, 영구 자석(130)은 송신 코일(120)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 여기서, 영구 자석(130)은 필수적인 구성이 아니며, 사양에 따라 생략될 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 수신 회로(미도시), 연자성층(210) 및 수신 코일(220)을 포함한다. 연자성층(210)은 기판(미도시) 상에 적층될 수 있다. 기판은 여러 겹의 고정 시트로 이루어질 수 있고, 연자성층(210)과 접합하여, 연자성층(210)을 고정시킬 수 있다.
연자성층(210)은 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 코일(120)로부터 방사되는 전자기 에너지를 집속한다.
연자성층(210)은 금속 재료 또는 페라이트(ferrite) 소재로 이루어질 수 있으며, 연자성층(210)은 소결체(pellet), 플레이트(plate), 리본, 호일(foil), 필름(film) 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다. 일 예로, 연자성층(210)은 Ni-Zn 계 또는 Mn-Zn 계 페라이트를 포함하는 시트, 리본, 호일 또는 필름일 수 있다. 다른 예로, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 단일 금속 또는 합금 분말 플레이크 및 고분자 수지를 포함하는 컴포지트 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 연자성층(210)은 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나를 포함하는 금속 리본, 합금 리본, 적층 리본, 호일 또는 필름일 수 있다.
연자성층(210) 상에는 수신 코일(220)이 적층된다. 수신 코일(220)은 연자성층(210) 상에서 연자성층(210)과 평행한 방향으로 감겨질 수 있다. 스마트폰에 적용되는 수신 안테나를 예로 들면, 외경 50mm 이내, 내경 20mm 이상의 나선형 코일(spiral coil)의 형태일 수 있다. 수신 회로는 수신 코일(220)을 통하여 수신된 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 변환한 전기 에너지를 배터리(미도시)에 충전한다.
도시되지 않았으나, 연자성층(210)과 수신 코일(220) 사이에는 방열층이 더 포함될 수 있다. 본 명세서에서, 기판, 연자성층(210) 및 수신 코일(220)을 수신 안테나라고 지칭할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)가 WPC 기능과 NFC 기능을 동시에 가지는 경우, 연자성층(210) 상에는 NFC 코일(230)이 더 적층될 수 있다. NFC 코일(230)은 수신 코일(220)의 바깥을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
그리고, 수신 코일(220)과 NFC 코일(230) 각각은 단자(240)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
연자성층(210)이 페라이트를 포함하는 시트인 경우, 투자율은 양호하나 고온 소성 및 자속 밀도의 한계로 인한 두께의 제약이 있다. 또한, 연자성층(210)이 금속 분말 및 고분자 수지를 포함하는 컴포지트 형태의 시트인 경우, 고분자 수지로 인하여 투자율이 낮아지는 문제가 있다. 이에 반해, 연자성층(210)이 금속 리본인 경우, 얇은 두께로 높은 투자율 및 자속 밀도를 얻을 수 있다. 다만, 금속 리본은 고주파에서 자기 손실이 큰 문제가 있다. 자기 손실은 금속 리본뿐만 아니라 페라이트를 포함하는 시트 및 컴포지트 형태의 시트에도 발생할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 연자성층(210)에 소정의 간격으로 틈새를 형성시켜 와전류 손실 및 반자장을 최소화시키고자 한다.
도 4는 일반적인 연자성층 및 수신 코일을 나타내며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층 및 수신 코일을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 연자성층(400) 상에 수신 코일(410)이 적층되어 있다. 연자성층(400)은 페라이트를 포함하는 시트, 컴포지트 형태의 시트 또는 금속 리본일 수 있다. 박막 형태의 연자성층(400)인 경우, 수직 방향과 수평 방향의 자기적 특성이 다르게 나타날 수 있다. 이는 형상에 의한 이방성 때문이며, 이로 인하여 반자장이 발생할 수 있다. 이러한 반자장은 연자성층(400)이 자기장 방향으로 수평할수록, 길이가 길수록 줄어든다.
한편, 와전류 손실은 교류자계 내에서 발생하는 손실로 주파수의 제곱에 비례한다. 연자성층(400)에는 하나의 큰 루프(401) 형태로 와전류가 발생한다. 루프(401)에서 자기장의 변화로 유기되는 와전압은 루프(401)의 단면을 통과하는 자속의 변화율에 비례한다.
연자성층(400)이 금속 리본인 경우, 반자장 및 와전류 손실의 문제가 더욱 커지게 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 연자성층(500) 상에 수신 코일(510)이 적층되어 있다. 연자성층(500)은 페라이트를 포함하는 시트, 컴포지트 형태의 시트 또는 금속 리본일 수 있다. 연자성층(500)에는 소정의 간격으로 틈새(502)가 형성되어 있다. 이에 따라, 연자성층(500)에는 여러 개의 작은 루프(501) 형태로 와전류가 발생한다. 루프(501)가 작아지면 와전압이 줄어 와전류 손실이 감소하게 된다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 포함되는 수신 안테나의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 기판(600) 상에 연자성층(610)이 적층되고, 연자성층(610) 상에는 코일(620)이 적층된다. 코일(620)은 수신 코일 또는 NFC 코일일 수 있다. 도시되지 않았으나, 연자성층(610) 및 코일(620) 간의 접착을 위하여 접착 시트가 이용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 연자성층(610)에는 소정 간격으로 틈새(612)가 형성될 수 있다. 틈새(612)는 연자성층(610)의 수평 방향으로 이격된 간격을 의미하며, 슬릿(slit), 갭(gap), 틈 등과 혼용될 수 있다. 이때, 코일(620)의 적어도 일부는 양 틈새(612) 사이에서 틈새와 평행하게 배치될 수 있다. 연자성층(610)에 형성된 틈새(612)로 인하여, 와전류를 위한 루프의 크기가 작아지고, 와전류가 줄어들게 된다. 즉, 연자성층(610)은 틈새(612)에 의하여 서로 분리되는 복수의 서브 연자성층(610-1, 610-2, ..., 610-M)을 포함한다. 복수의 서브 연자성층(610-1, 610-2, ..., 610-M)은 틈새(612)에 의하여 완전히 분리되며, 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
이때, 각 서브 연자성층(610-1, 610-2, ..., 610-M)의 폭은 연자성층(610)의 두께의 1 내지 50배일 수 있다. 예를 들어, 연자성층(610)의 두께가 0.02mm인 경우, 각 서브 연자성층의 폭(Wa)은 0.02mm 내지 1mm 일 수 있다. 공정의 제약 상 연자성층의 두께를 0.02mm보다 작게 구현하는 것은 불가능하며, 서브 연자성층의 폭이 1mm를 초과하는 경우 고주파 손실율이 증가하여 와전류 손실의 저감 효과가 줄어들게 된다. 연자성층(610)의 두께가 0.1mm인 경우, 각 서브 연자성층의 폭(Wa)은 0.1mm 내지 5mm 일 수 있다. 본 명세서에서 서브 연자성층의 폭은 틈새 간격과 혼용될 수 있다.
한편, 각 틈새의 폭(Wb)은 0.1mm 내지 1.0mm일 수 있다. 이와 같이, 서브 연자성층이 틈새에 의하여 완전히 분리되면, 인접 서브 연자성층으로 와전류가 전달되는 것을 방지할 수 있어, 와전류를 줄일 수 있다.
틈새(612)가 형성된 연자성층(610)을 지지하기 위하여 기판(600)과 연자성층(610) 사이에는 지지대(630)가 더 포함될 수 있다. 지지대(630)는 접착 성능을 가지는 소재로 이루어질 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 지지대(630) 상에 연자성층(610)을 적층한 후, 슬리팅(slitting) 공정을 수행함으로써 틈새(612)를 형성할 수 있다.
이때, 틈새(612)에는 아크릴레이트(arcrylate) 계 수지가 충진될 수 있다. 이러한 아크릴레이트계 수지는 지지대(630)와 연자성층(610) 간의 접착력을 높일 수 있으며, 서브 연자성층 사이를 절연할 수 있다.
도시되지 않았으나, 틈새(612)는 파선 형태로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 연자성층(610)은 지지대(630) 없이도 기판(600) 및 코일(620) 사이에서 고정될 수 있다.
한편, 서브 연자성층의 폭(Wa)은 연자성층(610)의 소재, 적용되는 주파수 영역, 요구되는 손실율 등에 따라 달라질 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 1mm, 0.5mm 및 0.02mm 폭으로 서브 연자성층이 형성된 연자성층의 상면도이며, 도 8은 서브 연자성층의 폭 및 주파수에 따른 비정질 금속 리본에 대한 손실율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 9는 서브 연자성층의 폭 및 주파수에 따른 나노 결정질 금속 리본에 대한 손실율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7 (a) 내지 (c)를 참조하면, 서브 연자성층은 0.02mm 내지 1mm 사이의 폭(Wa)으로 직선으로 형성될 수 있다. 이때, 폭(Wa)이 좁을수록 연자성층(610)에 형성되는 루프는 작아지며, 틈새(612)의 경계면에서의 저항이 커져 와전류는 더욱 감소하게 된다.
도 8 내지 9에서, 가로축은 주파수이고, 세로축은 투자율(μ') 및 손실(μ")이다. 틈새(612)의 간격, 즉 서브 연자성층의 폭이 좁을수록 와전류 손실이 낮아짐을 알 수 있다.
연자성층의 소재 및 주파수에 따른 손실율((μ"/μ'×100)에 대한 시뮬레이션 결과는 아래 표 1과 같다. 이때, 연자성층의 두께는 0.02mm임을 가정한다.
1MHz 13.56MHz
소재 서브 연자성층의 폭 투자율(μ') 손실(μ") 손실율((μ"/ μ')×100) 투자율(μ') 손실(μ") 손실율((μ"/ μ')×100)
비정질 금속리본
(1 layer)		 틈새 없음 475.78 240.69 50.58% 127.61 123.69 96.92%
5mm 375.14 105.4 28.09% 125.86 107.98 85.79%
1mm 192.61 26.77 13.89% 103.83 59.05 56.87%
0.7mm 170.36 20.71 12.16% 98.74 50.62 51.26%
0.5mm 155.12 15.62 10.06% 93.09 45.29 48.65%
0.3mm 120.08 11.34 9.44% 87.96 41.98 47.73%
0.02mm 50.91 1.99 3.91% 46.54 9.00 19.34%
나노결정질 금속리본
(1 layer)		 틈새 없음 372.36 107.67 28.91% 122.12 111.28 91.12%
5mm 322.09 74.30 23.06% 123.14 98.98 80.38%
1mm 174.27 19.39 11.12% 109.27 49.27 45.09%
0.7mm 140.12 10.99 7.84% 100.71 39.25 38.97%
0.5mm 118.87 4.88 4.10% 88.46 28.24 31.92%
0.3mm 99.78 2.04 2.04% 79.88 16.81 21.04%
0.02mm 42.19 0.69 1.64% 40.51 3.78 9.33%
표 1을 참조하면, 저주파(예, 1MHz) 및 고주파(예, 13.56MHz)에서, 비정질 금속 리본과 나노결정질 금속 리본의 서브 연자성층의 폭이 좁아질수록 와전류 손실(μ")이 낮아짐을 알 수 있다.
특히, 연자성층의 소재로 비정질 금속 리본이 사용되고, 서브 연자성층의 폭이 1mm 이하인 경우, 저주파에서의 손실율((μ"/μ')×100)이 13.89%이하이고, 고주파에서의 손실율은 56.87% 이하이다. 반면, 연자성층의 소재로 나노결정질 금속 리본이 사용되고, 서브 연자성층의 폭이 1mm 이하인 경우, 저주파에서의 손실율((μ"/μ')×100)이 11.12%이하이고, 고주파에서의 손실율은 45.09%이하이다. 이로 보아, 틈새 형성으로 인한 효과는 두께가 얇은 나노결정질 금속 리본에서 더욱 우수함을 알 수 있다.
또한, 틈새가 없는 경우, 고주파에서의 손실율은 비정질 금속 리본에서 96.92%이고, 나노결정질 금속 리본에서 91.12%이다. 반면, 1mm 이하의 간격으로 틈새가 형성된 경우, 즉 서브 연자성층의 폭이 1mm이하인 경우, 고주파에서의 손실율은 비정질 금속 리본에서 56.87%이하이고, 나노결정질 금속 리본에서 45.09%이하이다. 이로 보아, 연자성층에 틈새를 형성시키면, 고주파에서의 손실율을 현저히 줄일 수 있음을 알 수 있다.
또한, 틈새가 없는 경우, 저주파에서의 손실율은 비정질 금속 리본에서 50.58%이고, 나노결정질 금속 리본에서 28.91%이다. 반면, 1mm 이하의 간격으로 틈새가 형성된 경우, 즉 서브 연자성층의 폭이 1mm이하인 경우, 저주파에서의 손실율은 비정질 금속 리본에서 13.89%이하이고, 나노결정질 금속 리본에서 11.12%이하이다. 이로 보아, 연자성층에 틈새를 형성시키면, 저주파에서도 손실율을 줄일 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 서브 연자성층은 0.02mm 내지 5mm 폭, 바람직하게는 0.02mm 내지 1mm 폭으로 직선으로 형성될 수 있다. 공정의 제약 상 서브 연자성층의 폭을 0.02mm보다 작게 구현하는 것은 불가능하며, 1mm를 초과하는 경우 고주파 손실율이 증가하여 와전류 손실의 저감 효과가 줄어들게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
610: 연자성층
620: 코일
612: 틈새

Claims (11)

  1. 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치의 수신 안테나에 있어서,
    기판,
    상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재를 포함하고, 소정의 간격으로 틈새가 형성된 연자성층, 그리고
    상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 코일
    을 포함하고,
    상기 코일은 상기 연자성층 상에서 상기 연자성층과 평행한 방향으로 감겨지며, 양 틈새 사이에 배치되는 상기 코일의 적어도 일부는 상기 틈새와 평행하게 배치되고, 상기 연자성층은 상기 틈새에 의하여 서로 분리되는 복수의 서브 연자성층을 포함하며,
    각 서브 연자성층 각각의 폭은 0.02mm 내지 1mm이고, 스트라이프 형상을 가지며,
    상기 연자성층은 금속 리본을 포함하고,
    상기 틈새에는 수지가 충진되고,
    각 서브 연자성층의 폭은 상기 연자성층의 두께의 1 내지 50배인 수신 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 연자성층 사이에 상기 연자성층을 지지하는 지지대를 더 포함하는 수신 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브 연자성층은 동일 평면 상에 배치되는 수신 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 틈새의 폭은 0.1mm 내지 1mm인 수신 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 틈새는 파선 형태인 수신 안테나.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 리본은 나노 결정질 금속 리본인 수신 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 아크릴레이트(arcrylate) 계 수지인 수신 안테나.
  11. 무선으로 전력을 충전하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    기판,
    상기 기판 상에 적층되며, 연자성 소재를 포함하고, 소정의 간격으로 틈새가 형성된 연자성층, 그리고
    상기 연자성층 상에 적층되며, 무선 전력 송신 장치로부터 방사되는 전자기 에너지를 수신하는 코일,
    상기 코일과 연결되며, 상기 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회로부, 그리고
    상기 전기 에너지를 저장하는 저장부
    를 포함하고,
    상기 코일은 상기 연자성층 상에서 상기 연자성층과 평행한 방향으로 감겨지며, 양 틈새 사이에 배치되는 상기 코일의 적어도 일부는 상기 틈새와 평행하게 배치되고, 상기 연자성층은 상기 틈새에 의하여 서로 분리되는 복수의 서브 연자성층을 포함하며,
    각 서브 연자성층 각각의 폭은 0.02mm 내지 1mm이고, 스트라이프 형상을 가지며,
    상기 연자성층은 금속 리본을 포함하고,
    상기 틈새에는 수지가 충진되고,
    각 서브 연자성층의 폭은 상기 연자성층의 두께의 1 내지 50배인 무선 전력 수신 장치.
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