KR102085925B1 - Wireless charging device - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며, 연자성 시트의 측면에 자기쉴드처리가 이루어져 폐자기회로가 형성되어 연자성 시트의 두께방향으로 자속 손실을 최소화하여 전력 전송효과를 높일 수 있는 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트에 관한 것이다. 또한, 무선전력전송 시스템에서 연자성 리본에 미세크랙과 슬릿을 형성함으로써 비저항을 증가시켜 주파수를 NFC(Near field communications) 대역까지 높이고, 연자성 리본의 교차 적층으로 자속방향에 맞추어 투자율을 효율적으로 사용하게 하여 전력 전송효율을 높일 수 있다.In an embodiment of the present invention, two or more soft magnetic metal ribbons are stacked, and an insulating layer is included between the soft magnetic ribbon layers. The present invention relates to a soft magnetic sheet for an antenna of a power receiver of a wireless power transmission system capable of increasing power transmission effect by minimizing magnetic flux loss in a thickness direction of a. In addition, by forming microcracks and slits in the soft magnetic ribbon in the wireless power transmission system, the specific resistance is increased to increase the frequency to the NFC (Near field communications) band, and the magnetic permeation of the soft magnetic ribbon is effectively used to match the magnetic flux direction. This can increase the power transmission efficiency.

Description

무선충전장치{WIRELESS CHARGING DEVICE}Wireless Charging Device {WIRELESS CHARGING DEVICE}

본 발명의 실시예는 무선전력시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a soft magnetic sheet for a power receiver antenna of a wireless power system.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. Wireless power transmission technology (wireless power transmission or wireless energy transfer), which transfers electric energy to a desired device wirelessly, has already started to use electric motors or transformers using electromagnetic induction principles in the 1800's. A method of transmitting electrical energy by radiating the same electromagnetic wave has also been attempted. Electric toothbrushes and some wireless razors that we commonly use are actually charged with the principle of electromagnetic induction.

전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 단순하게는 송신 안테나에 전기 에너지를 인가하면서 송신 안테나 주변에 발생되는 전자기 에너지를 수신 안테나로 받아서 전기에너지로 다시 변환시키는 원리이다. 송신 안테나와 수신 안테나는 가까운 거리에서 서로 어긋나지 않게 마주보고 있을 때, 가장 높은 전력송신율을 보이게 된다. 이 때, 연자성 소재가 사용되는 이유는 주변으로 방사되는 전자기 에너지를 수신 안테나 방향으로 집속시키기 위함이며, 그 결과 수신 안테나가 더 많은 에너지를 받을 수 있게 된다. 전력 수신부는 스마트폰 등에 포함되므로 얇은 두께가 요구되며 소형화 및 박형화를 위해, 시트 형태의 연자성 소재가 사용된다. 연자성 시트는 이면에 대한 실드재(shielding member)로서도 사용되고 있다. 충분한 실드 효과를 얻기 위해서는 투자율이 크고, 면적 및 두께가 클수록 보다 유효한 실드 효과를 얻을 수 있다. Electromagnetic induction refers to a phenomenon in which a voltage is induced and a current flows when a magnetic field is changed around a conductor. Simply, while applying electrical energy to the transmitting antenna, the electromagnetic energy generated around the transmitting antenna receives the receiving antenna and converts it back into electrical energy. The transmit and receive antennas exhibit the highest power transmission rates when they face each other at a close distance from each other. In this case, the reason why the soft magnetic material is used is to focus electromagnetic energy radiated to the surroundings in the direction of the receiving antenna, so that the receiving antenna can receive more energy. Since the power receiver is included in a smart phone or the like, a thin thickness is required and a soft magnetic material in the form of a sheet is used for miniaturization and thinning. The soft magnetic sheet is also used as a shielding member on the back surface. In order to obtain a sufficient shielding effect, the larger the permeability, the larger the area and thickness, the more effective shielding effect can be obtained.

이러한 연자성 시트로는 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트등의 자성체를 사용하는 것이 일반적이다. 자기장 차폐 및 부가 기능 성능 향상을 위한 자기장 집속 효과는 자기 투자율이 높은 비정질 리본, 페라이트, 자성분말이 포함된 폴리머 시트 순으로 좋다. As such a soft magnetic sheet, it is common to use a magnetic body such as an amorphous ribbon, ferrite, or a polymer sheet containing magnetic powder. The magnetic field focusing effect to improve magnetic shielding and add-on performance is as follows: amorphous magnetic ribbon with high magnetic permeability, ferrite, and polymer sheet containing magnetic powder.

전력 송신부의 센터에는 자기유도나 자기공진의 기능의 구현과는 무관하게 영구자석이 포함되어 있다. 영구자석이 설치된 이유는 송신 안테나와 수신 안테나의 위치를 최적의 위치로 교정하기 위함이다. 즉, 스마트폰을 전력 송신부가 설치된 송신 패드 위에 올려놓을 때, 최적의 위치로 맞추기 위하여 영구자석의 힘으로 스마트폰을 움직이게 되는 것이다. 이 때 스마트폰의 수신안테나의 센터에도 돌출된 형태의 연자성 코어가 포함되기도 한다. 송신안테나의 센터에 영구자석이 위치하게 되면 수신부의 연자성 시트가 영향을 받게 되어 투자율 저하 현상이 일어나게 된다. The center of the power transmitter contains permanent magnets, regardless of magnetic induction or magnetic resonance function. The reason why the permanent magnet is installed is to calibrate the position of the transmitting antenna and the receiving antenna to an optimal position. In other words, when the smartphone is placed on the transmission pad provided with the power transmitter, the smartphone is moved by the force of the permanent magnet to adjust to the optimum position. At this time, the center of the receiving antenna of the smartphone also includes a protruding soft magnetic core. When the permanent magnet is located at the center of the transmitting antenna, the soft magnetic sheet of the receiver is affected, causing a decrease in permeability.

송신부의 연자성 코어는 두께가 수mm정도로 두껍고 볼륨이 있으므로 영구자석에 인접한 일정부위의 투자율이 낮아지더라도 영향이 심각하지는 않지만, 두께가 0.1mm 내지 0.3mm정도로 얇은 연자성 시트는 평면방향으로 높은 투자율 특성을 보유하게 되므로 인접한 영구자석에 의하여 자화값이 포화되는 현상을 보이게 된다. 그 결과 송신 안테나와 수신 안테나에서의 전자기 에너지 누설을 막아줄 수 없게 되므로 전송효율이 낮아지게 된다.The soft magnetic core of the transmitter has a thickness of several millimeters and has a volume, so even if the permeability of a certain portion adjacent to the permanent magnet is low, the influence is not serious. However, the soft magnetic sheet having a thickness of 0.1 to 0.3 mm is high in the planar direction. Since the magnetic permeability is retained, the magnetization value is saturated by adjacent permanent magnets. As a result, it is impossible to prevent the leakage of electromagnetic energy from the transmitting antenna and the receiving antenna, thereby reducing transmission efficiency.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 비투자율 10 내지 500,000 사이인 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며, 상기 연자성 시트의 측면에 자기 쉴드 처리가 이루어져 폐자기회로가 형성된 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.Embodiment of the present invention is designed to solve the above problems of the prior art, a soft magnetic metal ribbon having a specific permeability of 10 to 500,000 with a thickness of 1 ㎛ to 30 ㎛ is laminated more than two layers, the soft magnetic ribbon interlayer It is an object of the present invention to provide a soft magnetic sheet for an antenna of a power receiver of a wireless power transmission system in which an insulating layer is included and magnetic shielding is performed on the side of the soft magnetic sheet to form a closed magnetic circuit.

본 발명의 한 실시예에 따른 무선충전 장치는 복수의 연자성층; 및 상기 복수의 연자성층 상에 배치된 안테나 코일;을 포함하고, 상기 복수의 연자성층은, 제1 연자성층; 상기 제1 연자성층 상에 배치된 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치된 제2 연자성층; 상기 제2 연자성층 상에 배치된 제2 절연층; 상기 제2 절연층 상에 배치된 제3 연자성층; 그리고 상기 제1 연자성층의 일부와 접촉하는 제4 연자성층을 포함하고, 상기 제1 연자성층은 상기 제2 연자성층의 하면과 중첩되는 제1 영역; 및 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 연자성층의 외측 가장자리보다 외측으로 더 연장된 제2 영역;을 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 적어도 하나는 크랙이 형성된 크랙 영역을 포함하며, 상기 제2 영역은 상기 제2 연자성층의 측면에 배치되며, 상기 제4 연자성층과 접할 수 있다.
상기 복수의 연자성층 중 적어도 하나는 NFC용 연자성층일 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 제3 연자성층의 측면에 배치될 수 있다.
상기 복수의 연자성층 각각은 Fe를 포함할 수 있다.
상기 복수의 연자성층 중 적어도 하나의 두께는 1㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
상기 복수의 연자성층 중 적어도 하나의 두께는 15㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
상기 제1 절연층 및 제2 절연층 중 적어도 하나는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리이미드계 수지 중 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 제2 연자성층의 외측으로 방사되는 누설자속을 감소시키도록 상기 제2 연자성층의 측면에 배치될 수 있다.
상기 크랙 영역은 상기 제1 연자성층의 투자율을 조절하도록 형성될 수 있다.
상기 크랙 영역은 상기 제1 연자성층의 길이방향으로 형성될 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 제2 연자성층의 최외측과 접할 수 있다.
상기 제3 연자성층 및 상기 제4 연자성층 사이에 제3 절연층이 더 배치될 수 있다.Wireless charging device according to an embodiment of the present invention a plurality of soft magnetic layer; And an antenna coil disposed on the plurality of soft magnetic layers, wherein the plurality of soft magnetic layers include: a first soft magnetic layer; A first insulating layer disposed on the first soft magnetic layer; A second soft magnetic layer disposed on the first insulating layer; A second insulating layer disposed on the second soft magnetic layer; A third soft magnetic layer disposed on the second insulating layer; And a fourth soft magnetic layer in contact with a portion of the first soft magnetic layer, wherein the first soft magnetic layer comprises: a first region overlapping a lower surface of the second soft magnetic layer; And a second region extending further outward from an outer edge of the second soft magnetic layer from the first region, wherein at least one of the first region and the second region includes a cracked region in which cracks are formed. The second region may be disposed on a side surface of the second soft magnetic layer and may contact the fourth soft magnetic layer.
At least one of the plurality of soft magnetic layers may be a soft magnetic layer for NFC.
The second region may be disposed on a side surface of the third soft magnetic layer.
Each of the plurality of soft magnetic layers may include Fe.
At least one of the plurality of soft magnetic layers may have a thickness of about 1 μm to about 30 μm.
At least one of the plurality of soft magnetic layers may have a thickness of 15 μm to 30 μm.
At least one of the first insulating layer and the second insulating layer is polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol resin, silicone resin, epoxy resin, acrylate resin, urethane resin It may include at least one selected from polyamide-based resin and polyimide-based resin.
The second region may be disposed on a side surface of the second soft magnetic layer to reduce leakage magnetic flux radiated to the outside of the second soft magnetic layer.
The crack region may be formed to adjust the magnetic permeability of the first soft magnetic layer.
The crack region may be formed in the longitudinal direction of the first soft magnetic layer.
The second region may contact the outermost side of the second soft magnetic layer.
A third insulating layer may be further disposed between the third soft magnetic layer and the fourth soft magnetic layer.

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실시예에 따르면, 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 비투자율이 10 내지 500,000 사이인 연자성 금속 리본이 2 층 이상 적층되고, 상기 연자성 리본 층간에 절연층이 포함되어 있으며, 상기 연자성 시트의 측면에 자기 쉴드 처리가 이루어져 폐자기회로가 형성된 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트를 구현하고, 연자성 시트의 두께방향으로 자속 손실을 최소화하여 전력 전송효과를 높였다. 또한, 무선전력전송 시스템에서 연자성 리본에 미세크랙과 슬릿을 형성함으로써 비저항을 증가시켜 주파수를 100kHz 내지 200kHz에서 NFC(Near field communications) 대역 13.56MHz까지 높이고, 연자성 리본의 교차 적층으로 자속방향에 맞추어 투자율을 효율적으로 사용하게 하여 전력 전송효율을 높일 수 있다.According to an embodiment, two or more layers of soft magnetic metal ribbons having a specific permeability of 10 to 500,000 having a thickness of 1 μm to 30 μm are stacked, and an insulating layer is included between the soft magnetic ribbon layers, and a side surface of the soft magnetic sheet is provided. The magnetic shield treatment was performed to implement the soft magnetic sheet for the antenna of the power receiver of the wireless power transmission system in which the closed magnetic circuit was formed, and minimized the magnetic flux loss in the thickness direction of the soft magnetic sheet to increase the power transmission effect. In addition, by increasing the specific resistance by forming microcracks and slits in the soft magnetic ribbon in the wireless power transmission system to increase the frequency from 100kHz to 200kHz to the NFC (Near field communications) band 13.56MHz, cross-lamination of the soft magnetic ribbon in the magnetic flux direction In this way, the power transmission efficiency can be improved by efficiently using permeability.

도 1은 본 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트의 모식도이다.
도 2는 종래의 연자성 시트에서의 자속 분포를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 연자성 시트에서의 자속 분포를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 실시예에 따라 연자성 리본 표면에 마이크로 크랙이 형성된 사진이다.
도 5는 본 실시예에 따라 미세크랙을 형성하기 전과 후의 표면 깊이(Skin Depth)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라 연자성 리본에 슬릿이 형성된 모식도이다.
도 7은 본 실시예에 따라 자화용이축이 교차하여 직교하도록 적층한 연자성 시트의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a soft magnetic sheet for a power receiver antenna of a wireless power transmission system according to the present embodiment.
2 is a schematic diagram showing a magnetic flux distribution in a conventional soft magnetic sheet.
3 is a schematic diagram showing the magnetic flux distribution in the soft magnetic sheet according to the present embodiment.
4 is a photograph in which microcracks are formed on the surface of the soft magnetic ribbon according to the present embodiment.
5 is a graph showing the skin depth (Skin Depth) before and after forming the microcracks according to this embodiment.
6 is a schematic view in which slits are formed on the soft magnetic ribbon according to the present embodiment.
7 is a schematic view of a soft magnetic sheet laminated so that the magnetizing easy axis intersects and crosses orthogonally.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is to be understood that the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only exemplary embodiments of the present invention, and that various equivalents and modifications may be substituted for them at the time of the present application. . In addition, in describing the operating principle of the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are terms defined in consideration of functions in the present invention, and the meaning of each term should be interpreted based on the contents throughout the present specification. The same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a soft magnetic sheet for a power receiver antenna of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연자성 시트(100)는 연자성 금속 리본(10)이 2 층 이상 적층되어 있고, 연자성 리본(10) 층간에 절연층(20)이 포함되어 있다. Referring to FIG. 1, in the soft magnetic sheet 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, two or more soft magnetic metal ribbons 10 are stacked, and the insulating layer 20 is interposed between the soft magnetic ribbons 10. Included.

연자성 리본(10)은 무선전력전송에 성능과 가격 면에서 가장 적당한 Fe계 또는 Co계 비정질 합금 또는 나노결정립 합금으로 이루어진 박판의 리본을 사용할 수 있다. 상기 Fe계 비정질 합금은 예를 들어, Fe-Si-B, Fe-Si-Al, Fe-Hf-C, Fe-Cu-Nb-Si-B, 또는 Fe-Si-N 등을 들 수 있고, Co계 비정질 합금으로는 예를 들어, Co-Fe-Si-B, 또는 Co-Fe-Ni-Si-B 등을 들 수 있다. 상기 비정질 합금 리본은 나노 결정립 미세조직을 갖도록 질소 분위기에서 400-600℃에서 열처리가 이루어질 수 있으며, 분쇄 효율을 높이기 위해 결정화 온도 이하의 온도, 예를 들면 100-400℃의 대기분위기에서 열처리하여 비정질 합금 리본의 취성을 증가시키는 것도 가능하다.The soft magnetic ribbon 10 may use a thin ribbon made of a Fe-based or Co-based amorphous alloy or a nanocrystalline alloy that is most suitable in terms of performance and price for wireless power transmission. Examples of the Fe-based amorphous alloys include Fe-Si-B, Fe-Si-Al, Fe-Hf-C, Fe-Cu-Nb-Si-B, Fe-Si-N, and the like. As Co-based amorphous alloy, Co-Fe-Si-B, Co-Fe-Ni-Si-B, etc. are mentioned, for example. The amorphous alloy ribbon may be heat-treated at 400-600 ° C. in a nitrogen atmosphere to have a nanocrystalline microstructure, and may be amorphous by heat treatment at an air temperature below a crystallization temperature, for example, 100-400 ° C., in order to increase grinding efficiency. It is also possible to increase the brittleness of the alloy ribbon.

연자성 금속 시트(100)의 총 두께는 적용되는 디바이스의 종류에 따라 적절히 조절되며 최근의 박형화와 경량화 경향에 따라 각각의 연자성 금속 리본(11, 12, 13, 14, 15, 16)의 두께는 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛이다. 리본의 두께가 얇을수록 열처리 후 핸들링시에 약간의 충격에도 리본의 깨짐 현상이 발생할 수 있다. 비정질 연자성 리본의 경우 15㎛ 내지 30㎛ 영역에서 최적의 연자성 특성을 보이며, 비정질 형성능이 우수할 경우 두께가 증가할수록 연자성 특성이 향상되다가, 50㎛를 초과하게 되면 급격히 감소하는 현상을 나타낸다. 나노결정질 리본의 경우 10㎛ 내지 30㎛ 영역에서 최적의 연자성 특성을 보인다. The total thickness of the soft magnetic metal sheet 100 is appropriately adjusted according to the type of device to be applied, and the thickness of each soft magnetic metal ribbon 11, 12, 13, 14, 15, and 16 according to recent thinning and light weighting trends. Is preferably 1 µm to 30 µm. As the thickness of the ribbon becomes thinner, cracking of the ribbon may occur even with slight impact during handling after heat treatment. In the case of amorphous soft magnetic ribbon, the optimum soft magnetic property is shown in the range of 15㎛ to 30㎛, and when the amorphous forming ability is excellent, the soft magnetic property is improved as the thickness is increased, but when it exceeds 50㎛, it rapidly decreases. . Nanocrystalline ribbons exhibit optimal soft magnetic properties in the range of 10 μm to 30 μm.

하나의 바람직한 예에서, 연자성 리본(10)은 15㎛ 내지 30㎛ 두께의 Fe계 또는 Co계 비정질 합금, 10㎛ 내지 25㎛ 두께의 Fe계 또는 Co계 나노결정질 합금, 및 1㎛ 내지 30㎛ 두께의 Fe, Ni, Co중 한가지 이상의 강자성 원소가 포함된 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. In one preferred embodiment, the soft magnetic ribbon 10 may be a Fe-based or Co-based amorphous alloy having a thickness of 15 μm to 30 μm, a Fe-based or Co-based nanocrystalline alloy having a thickness of 10 μm to 25 μm, and 1 μm to 30 μm. It can be made of any one of the alloy containing one or more of the ferromagnetic elements of Fe, Ni, Co of the thickness.

도 1에서는 연자성 리본(10)이 6개 적층(11, 12, 13, 14, 15, 16)되어 있지만, 적층 개수는 특별히 제한되지 않으며 연자성 금속의 종류나 무선전력전송 시스템의 방식 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, Fe계 비정질 합금은 나노결정립 합금보다 포화 자기장이 크므로 2 내지 8층을 적층하여 사용할 수 있으며, 3 내지 5층을 사용하는 것이 높은 투자율이 얻어져서 바람직하다. 또한, 나노결정립 합금으로 이루어진 연자성 리본을 사용하는 경우, 4 내지 12층을 적층하여 사용할 수 있으며, 7 내지 9층을 사용하는 것이 높은 투자율이 얻어져서 바람직하다.In FIG. 1, six soft magnetic ribbons 10 are stacked (11, 12, 13, 14, 15, 16), but the number of laminations is not particularly limited, and the type of soft magnetic metal or the method of a wireless power transmission system may be used. Can be adjusted appropriately. For example, since the Fe-based amorphous alloy has a larger saturation magnetic field than the nanocrystalline alloy, it can be used by laminating 2 to 8 layers. It is preferable to use 3 to 5 layers because a high permeability is obtained. In the case of using a soft magnetic ribbon made of a nanocrystalline alloy, 4 to 12 layers can be laminated and used, and 7 to 9 layers are preferably used because a high permeability is obtained.

또 다른 예에서, 무선 전력전송 장치에 송신 안테나와 수신 안테나의 위치를 최적의 위치로 교정하기 위해 송신부에 영구자석이 채용된 경우 영구자석에 의해 자기포화가 이루어지는 층수를 고려하여 적층되는 리본시트의 개수를 결정할 필요가 있다. 반면 무선 충전기의 송신장치에 영구자석을 채용하지 않은 경우는 영구자석을 채용한 경우와 비교하여 상대적으로 적은 수의 비정질 리본시트를 사용하는 것도 가능하다. In another example, when the permanent magnet is employed in the transmitter to correct the positions of the transmitting antenna and the receiving antenna in the wireless power transmission apparatus, the ribbon sheet is laminated in consideration of the number of layers in which the magnetic saturation is performed by the permanent magnet. You need to determine the number. On the other hand, if the permanent magnet is not used in the transmission device of the wireless charger, it is also possible to use a relatively small number of amorphous ribbon sheets compared to the case of employing the permanent magnet.

연자성 금속 리본(10)의 비투자율(Specific Permeability, μr은 10 내지 500,000일 수 있다.Specific Permeability (μr) of the soft magnetic metal ribbon 10 may be 10 to 500,000.

연자성 리본들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 사이에 삽입된 절연층(20)은 예를 들어, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌 또는 폴리염화비닐 등과 같은 열가소성수지, 또는 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 절연층의 두께는 1nm 내지 30㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 절연층(20)은 열전도도가 1W/mK 이상의 열전도성 복합 필름일 수 있다. 또한, 상기 절연층의 비투자율은 10 내지 200 사이인 연자성 복합 필름일 수 있다.The insulating layer 20 inserted between the soft magnetic ribbons 11, 12, 13, 14, 15, and 16 may be, for example, a thermoplastic resin such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene, polyvinyl chloride, or the like. Or polyvinyl alcohol-based resins, silicone-based resins, epoxy-based resins, acrylate-based resins, urethane-based resins, polyamide-based resins, and polyimide-based resins. It is not limited. The insulating layer may have a thickness of 1 nm to 30 μm, preferably 1 μm to 20 μm. In one preferred example, the insulating layer 20 may be a thermally conductive composite film having a thermal conductivity of 1 W / mK or more. In addition, the specific magnetic permeability of the insulating layer may be a soft magnetic composite film of 10 to 200.

도 2는 종래 연자성 시트(1)에서 자속(M')분포를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 예에 따라 자기쉴드처리가 이루어진 연자성 시트(100)에서의 자속(M)분포를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing a magnetic flux (M ') distribution in the conventional soft magnetic sheet (1), Figure 3 is a magnetic flux (M) distribution in the soft magnetic sheet 100 is a magnetic shield treatment according to an embodiment of the present invention The figure which shows.

먼저 도 2에서 종래의 리본 적층 연자성 시트(1)는 측면에서 누설자속(M'l)이 발생하게 되어 전력전송 효율이 감소된다. 이에, 본 발명에서는 연자성 시트(1)의 측면에서 발생하는 누설자속(M'l)을 최소화하기 위하여 자기쉴드처리를 통해 폐자기회로를 형성한다. First, in FIG. 2, the conventional ribbon laminated soft magnetic sheet 1 generates leakage magnetic flux M ′ 1 from the side, thereby reducing power transmission efficiency. Thus, in the present invention, in order to minimize the leakage magnetic flux (M ' l ) generated in the side of the soft magnetic sheet (1) to form a closed magnetic circuit through the magnetic shield treatment.

상기 자기 쉴드처리의 구체적인 예로 도 3을 살펴보면, 복수 개의 연자성 리본이 적층된 연자성 시트(100)에서 최상층 리본(11)과 최하층 리본(16)을 두께 방향으로 상호 연결되도록 하여 와전류 손실을 효과적으로 감소시키고 전력전송효율이 증가된다. 도 3에서는 적층된 최상층(11)을 연장하여 최하층(16)과 접촉하도록 하였지만, 연자성 시트의 측면에 쉴드처리가 된다면 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 최하층을 연장하여 최상층과 연결하거나 최상층과 최하층을 둘 다 연장하여 측면 중간에서 접점이 이루어지게 할 수도 있으며, 또는 최상층과 최하층을 하나의 연결된 연자성 리본으로 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 3 as a specific example of the magnetic shielding process, in the soft magnetic sheet 100 in which a plurality of soft magnetic ribbons are stacked, the uppermost ribbon 11 and the lowermost ribbon 16 are interconnected in a thickness direction to effectively reduce eddy current loss. Decrease and power transmission efficiency is increased. In FIG. 3, the laminated uppermost layer 11 is extended to contact the lowermost layer 16, but the shielding is applied to the side of the soft magnetic sheet. For example, the lowermost layer may be extended to connect with the uppermost layer, or both the uppermost layer and the lowermost layer may be extended so as to make a contact in the middle of the side surface, or the uppermost layer and the lowermost layer may be formed of one connected soft magnetic ribbon.

도 4는 본 실시예에서 연자성 리본의 길이방향으로 마이크로 크랙을 형성한 사진이다. 상기 마이크로 크랙을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 예를 들어, 연자성 시트를 350℃내지 450℃에서 1시간 전후로 열처리한 후 시트의 장축 방향으로 25도 이상 굽히면 표면에 마이크로 크랙이 형성된다. 4 is a photograph in which microcracks are formed in the longitudinal direction of the soft magnetic ribbon in this embodiment. The method for forming the microcracks is not particularly limited and, for example, after the heat treatment of the soft magnetic sheet at 350 ° C. to 450 ° C. for about 1 hour, the micro cracks are formed on the surface when the micro cracks are bent at least 25 degrees in the long axis direction.

이와 같이 연자성 리본의 표면에 미세크랙을 형성한 이유는 리본의 비저항을 증가시켜 고주파 특성을 향상시키기 위해서이다. 예를 들어 FeSiB 비정질 리본의 비저항은 크랙을 생성시키면 120μΩ㎝ 내지 140μΩ㎝에서, 40mΩ㎝ 내지 60mΩ㎝로 400배 정도 증가하게 된다. 구체적으로 연자성 시트에 마이크로 크랙이 형성되면 인덕턴스(L) 값의 감소보다, 자기저항(R)의 감소가 더 크게 된다. 그 결과, 수신 안테나가 형성하는 공진회로의 품질계수(Q)가 증가하게 되어 전력전송 효율이 증가하게 된다. 또한, 마이크로 크랙에 의해 와전류에 의한 손실이 줄어들어 배터리의 발열문제도 방지된다.The reason why the microcracks are formed on the surface of the soft magnetic ribbon is to increase the specific resistance of the ribbon to improve high frequency characteristics. For example, the resistivity of the FeSiB amorphous ribbon increases by 400 times from 120 µΩ cm to 140 µΩ cm and from 40 mΩ cm to 60 mΩ cm when cracks are generated. Specifically, when the microcracks are formed in the soft magnetic sheet, the decrease in the magnetic resistance R is greater than the decrease in the inductance L value. As a result, the quality factor Q of the resonant circuit formed by the receiving antenna is increased, thereby increasing power transmission efficiency. In addition, the loss due to the eddy current is reduced by the micro-crack to prevent the heat generation problem of the battery.

도 5에는 미세크랙을 형성하기 전과 후의 표면 깊이(Skin Depth)를 나타낸 그래프가 나타나 있다. 도 5를 참조하면, 크랙이 형성되기 전의 30㎛ 두께의 리본은 1.8MHz까지 사용가능함을 알 수 있으며 크랙이 형성된 이후에는 600MHz까지 사용주파수 대역이 연장됨을 알 수 있다. 즉, 크랙킹 이후의 리본은 NFC대역에서 무리없이 사용할 수 있다.5 is a graph showing the skin depth (Skin Depth) before and after forming the microcracks. Referring to FIG. 5, it can be seen that the ribbon having a thickness of 30 μm before the crack is formed can be used up to 1.8 MHz, and after the crack is formed, the use frequency band is extended to 600 MHz. In other words, the ribbon after cracking can be used without difficulty in the NFC band.

한편, 발명의 일 실시예에 따른 도 6을 참조하면, 연자성 리본(10)에 길이방향으로 마이크로 크랙을 형성하면 크랙의 직각방향으로 비저항이 400배 정도 증가하게 된다. 하지만, 크랙 방향으로는 비저항의 증가가 크지 않으므로, 크랙 방향의 비저항을 증가시키기 위하여 미세크랙의 방향(리본의 길이방향)에 대해 직각방향으로 2㎜이상의 간격으로 슬릿(40)을 형성하는 가공을 실시한다. 상기 슬릿(40)의 간격이 2㎜보다 작을 때는 슬릿팅 공정에 의하여 제거된 리본의 부피비율이 커지므로 오히려 전체적인 투자율이 낮아지는 결과를 얻게 되어 전력전송효율이 감소하게 된다. 본 발명자들이 실험한 바에 따르면 상기 크랙의 직각방향으로 2㎜간격으로 슬릿을 형성한 리본적층 시트는 그렇지 않았을 때에 비교하여 와전류 손실을 효과적으로 감소시켜 0.2 내지 0.5%의 전력전송효율이 증가가 관찰되었다.Meanwhile, referring to FIG. 6 according to an embodiment of the present invention, when the microcracks are formed in the soft magnetic ribbon 10 in the longitudinal direction, the resistivity increases by about 400 times in the direction perpendicular to the cracks. However, since the increase in the specific resistance is not large in the crack direction, in order to increase the specific resistance in the crack direction, a process of forming the slits 40 at intervals of 2 mm or more in a direction perpendicular to the direction of the fine crack (the longitudinal direction of the ribbon) is performed. Conduct. When the spacing of the slits 40 is smaller than 2 mm, the volume ratio of the ribbon removed by the slitting process increases, so that the overall permeability is lowered, thereby reducing power transmission efficiency. According to the inventors' experiment, the ribbon-laminated sheet in which slits were formed at intervals of 2 mm in the right angle direction of the cracks was observed to effectively reduce eddy current loss and increase power transmission efficiency of 0.2 to 0.5% as compared with the other cases.

도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연자성 적층 시트(100)를 개략적으로 도시하였다.7 schematically illustrates a soft magnetic laminate sheet 100 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 무선전력전송 시스템에서 연자성 시트(100)는 상부에 수신 안테나 패턴(spiral coil, 30)이 형성되어 있고, 수신 안테나(30)는 공진회로를 형성하고 있으므로 연자성 시트(100)가 공진회로의 인덕턴스에 영향을 미치게 된다. 상부 수신 안테나 패턴(30)에 의해 유도되는 전압은 페러데이 법칙(Faraday's law)과 렌쯔 법칙(Lenz's law)에 의하여 결정되므로, 높은 전압 신호를 얻기 위해서는 수신 안테나와 쇄교하는 자속의 양이 많을수록 유리하다. 자속의 양은 수신 안테나 코일(30)에 포함된 연자성 재료의 양이 많을수록, 또는 연자성 재료의 투자율이 높을수록 크게 된다.Referring to FIG. 7, in the wireless power transmission system, the soft magnetic sheet 100 has a receiving antenna pattern (spiral coil) 30 formed thereon, and the receiving antenna 30 forms a resonance circuit. 100 affects the inductance of the resonant circuit. Since the voltage induced by the upper receiving antenna pattern 30 is determined by Faraday's law and Lenz's law, the higher the amount of magnetic flux that links with the receiving antenna is advantageous to obtain a high voltage signal. . The amount of magnetic flux increases as the amount of soft magnetic material included in the receiving antenna coil 30 increases, or as the magnetic permeability of the soft magnetic material increases.

연자성 시트(100)에 의한 자기장은 X와 Y축으로 각각 발생하게 되는데 연자성 리본의 길이 방향으로 미세크랙이 형성되면 크랙이 형성된 길이방향으로 자화용이축이 형성되고 자화용이축으로는 투자율이 증가하게 되는 반면, 이에 직교하는 자화곤란축으로는 투자율이 감소하게 된다. 이에, 본 발명에서는 도 7에서와 같이 연자성 리본의 적층 시 자화용이축이 교차하도록 교대로 적층하여 자기장을 효과적으로 차단한다. 구체적으로 본 발명자들의 실험에 따르면 리본의 자화용이축을 교차하여 적층한 리본 적층 시트를 사용하였을 때 그렇지 않았을 때에 비교하여 0.5% 내지 1%의 전력전송효율이 증가가 관찰되었다.The magnetic field generated by the soft magnetic sheet 100 is generated in the X and Y axes, respectively. When microcracks are formed in the longitudinal direction of the soft magnetic ribbon, the magnetic axis is formed in the longitudinal direction in which the cracks are formed, and the magnetic permeability is used as the magnetic axis. On the other hand, the orthogonal magnetization difficulty reduces the permeability. Thus, in the present invention, as shown in Figure 7 when the soft magnetic ribbon is laminated alternately laminated so that the easy axis for magnetization effectively blocks the magnetic field. Specifically, according to the experiments of the present inventors, an increase in power transmission efficiency of 0.5% to 1% was observed when using the ribbon laminated sheets laminated by crossing the magnetization axis of the ribbon.

본 발명은 이와 같이 연자성 리본 표면의 와전류 영향을 최소화하고 영구자석에 의한 자화값 포화 현상을 방지하면서 높은 투자율을 나타내고 전자기 에너지 누설을 최소화한 무선전력송신 시스템의 수신 안테나용 연자성 시트를 제공한다.The present invention provides a soft magnetic sheet for a receiving antenna of a wireless power transmission system which minimizes the eddy current effect on the surface of the soft magnetic ribbon and prevents saturation of magnetization values caused by permanent magnets, and exhibits a high permeability and minimizes electromagnetic energy leakage. .

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the embodiments of the present invention have been described above, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, since the embodiments described above are provided to completely inform the scope of the invention to those skilled in the art, it should be understood that they are exemplary in all respects and not limiting. The invention is only defined by the scope of the claims.

100: 전력 수신부 안테나용 연자성 시트
10: 연자성 리본
20: 절연층
30: 전력 수신부 안테나 패턴
40: 슬릿100: soft magnetic sheet for the power receiver antenna
10: soft magnetic ribbon
20: insulation layer
30: power receiver antenna pattern
40: slit

Claims (12)

복수의 연자성층; 및
상기 복수의 연자성층 상에 배치된 안테나 코일;을 포함하고,
상기 복수의 연자성층은,
제1 연자성층;
상기 제1 연자성층 상에 배치된 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에 배치된 제2 연자성층;
상기 제2 연자성층 상에 배치된 제2 절연층;
상기 제2 절연층 상에 배치된 제3 연자성층; 그리고
상기 제1 연자성층의 일부와 접촉하는 제4 연자성층을 포함하고,
상기 제1 연자성층은
상기 제2 연자성층의 하면과 중첩되는 제1 영역; 및
상기 제1 영역으로부터 상기 제2 연자성층의 외측 가장자리보다 외측으로 더 연장된 제2 영역;을 포함하고,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 적어도 하나는 크랙이 형성된 크랙 영역을 포함하며,
상기 제2 영역은 상기 제2 연자성층의 측면에 배치되며, 상기 제4 연자성층과 접하는 무선충전 장치.A plurality of soft magnetic layers; And
And an antenna coil disposed on the plurality of soft magnetic layers.
The plurality of soft magnetic layers,
A first soft magnetic layer;
A first insulating layer disposed on the first soft magnetic layer;
A second soft magnetic layer disposed on the first insulating layer;
A second insulating layer disposed on the second soft magnetic layer;
A third soft magnetic layer disposed on the second insulating layer; And
A fourth soft magnetic layer in contact with a portion of the first soft magnetic layer,
The first soft magnetic layer is
A first region overlapping a lower surface of the second soft magnetic layer; And
And a second region extending further outward from the outer edge of the second soft magnetic layer from the first region.
At least one of the first region and the second region includes a crack region in which a crack is formed.
The second region is disposed on the side of the second soft magnetic layer, the wireless charging device in contact with the fourth soft magnetic layer. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 연자성층 중 적어도 하나는 NFC용 연자성층인 무선충전 장치.According to claim 1,
At least one of the plurality of soft magnetic layers is a wireless charging device for NFC soft magnetic layer. 제1 항에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 제3 연자성층의 측면에 배치된 무선충전 장치.According to claim 1,
The second region is a wireless charging device disposed on the side of the third soft magnetic layer. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 연자성층 각각은 Fe를 포함하는 무선충전 장치.According to claim 1,
The plurality of soft magnetic layers each of the wireless charging device containing Fe. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 연자성층 중 적어도 하나의 두께는 1㎛ 내지 30㎛인 무선충전 장치.According to claim 1,
At least one of the plurality of soft magnetic layers has a thickness of 1㎛ 30㎛ wireless charging device. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 연자성층 중 적어도 하나의 두께는 15㎛ 내지 30㎛인 무선충전 장치.According to claim 1,
At least one of the plurality of soft magnetic layers has a thickness of 15㎛ 30㎛ wireless charging device. 제1 항에 있어서,
상기 제1 절연층 및 제2 절연층 중 적어도 하나는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리이미드계 수지 중 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 무선충전 장치.According to claim 1,
At least one of the first insulating layer and the second insulating layer is polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol resin, silicone resin, epoxy resin, acrylate resin, urethane resin , At least one selected from polyamide-based resin and polyimide-based resin. 제1 항에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 제2 연자성층의 외측으로 방사되는 누설자속을 감소시키도록 상기 제2 연자성층의 측면에 배치된 무선충전 장치.According to claim 1,
The second region is a wireless charging device disposed on the side of the second soft magnetic layer to reduce the leakage magnetic flux radiated to the outside of the second soft magnetic layer. 제1 항에 있어서,
상기 크랙 영역은 상기 제1 연자성층의 투자율을 조절하도록 형성된 무선충전 장치.According to claim 1,
The crack region is a wireless charging device formed to adjust the magnetic permeability of the first soft magnetic layer. 제9 항에 있어서,
상기 크랙 영역은 상기 제1 연자성층의 길이방향으로 형성된 무선충전 장치.The method of claim 9,
The crack region is a wireless charging device formed in the longitudinal direction of the first soft magnetic layer. 제 1항에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 제2 연자성층의 최외측과 접하는 무선충전 장치.The method of claim 1,
The second region is a wireless charging device in contact with the outermost side of the second soft magnetic layer. 제 1항에 있어서,
상기 제3 연자성층 및 상기 제4 연자성층 사이에 제3 절연층이 더 배치된 무선충전 장치. The method of claim 1,
Wireless charging device further comprising a third insulating layer disposed between the third soft magnetic layer and the fourth soft magnetic layer.
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