KR102675115B1

KR102675115B1 - 무선 충전 코일

Info

Publication number: KR102675115B1
Application number: KR1020220030942A
Authority: KR
Inventors: 이상학; 이기민; 이동혁
Original assignee: 해성디에스 주식회사
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2024-06-14
Also published as: KR20230049529A; KR20230049531A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 휴대용 단말기의 무선 충전을 위한 무선 충전 코일에 있어서, 설치 부재와, 상기 설치 부재에 배치되는 도선부를 포함하며, 상기 도선부는 도전체와 상기 도전체의 적어도 일면을 둘러싸는 자성재 도금층을 포함하고, 상기 자성재 도금층의 두께는 1㎛~8㎛인 무선 충전 코일을 제공한다.

Description

무선 충전 코일{Wireless charge coil}

본 발명은 무선 충전 코일에 대한 것이다.

최근 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전 시스템이 활발히 개발되고 있다. 특히 휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말기에는 기본으로 무선 충전 코일을 포함한 무선 충전 시스템이 탑재되는 경우가 많다.

무선 충전 코일의 설계 요소 중 품질 계수(quality factor)는 무선 충전 효율과 관련된 중요한 요소이다. 품질 계수가 높으면 통상적으로 무선 충전 효율이 높기 때문에 품질 계수를 높이기 위한 노력이 진행되고 있다.

품질 계수(Q)는 하기 [수학식 1]에 기재된 바와 같이, 인덕턴스(L)에 비례하고 교류저항(R_AC)에 반비례하므로, 교류저항(R_AC)을 줄여 품질 계수(Q)를 증대시키는 방안을 생각해 볼 수 있다.

, 여기서, f는 사용주파수, L은 코일 인덕턴스, R_AC는 교류저항임.

무선 충전 수신 안테나의 교류저항(R_AC)은 하기 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.

, 여기서, R_DC는 직류저항을 나타내고, Ys는 표피 효과(skin effect)로 인한 저항 성분을 나타내며, Yp는 근접 효과(proximity effect)로 인한 저항 성분을 나타냄.

따라서, 교류저항(R_AC)을 줄여 품질 계수(Q) 값을 높이기 위해서는 직류저항(Rdc), 표피 효과 저항 성분 Ys, 근접 효과 저항 성분 Yp를 줄여야 한다.

여기서, 표피 효과라 함은 교류전류가 흐르고 있는 코일의 단면에서 교류전류가 고르게 흐르지 않고, 코일의 중심부일수록 교류전류가 적게 흐르거나 아예 흐르지 않는 반면, 코일의 주변부에 교류전류가 많이 흐르는 현상을 말한다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 코일(1)에 교류전류가 흐르는 경우, 전류밀도(J)가 코일 (1)의 중심부에는 없고 코일(1)의 주변부에 분포되게 되므로 교류전류가 코일(1)의 중심부로는 흐르지 않고 코일(1)의 주변부로만 흐르게 된다.

근접 효과라 함은 서로 인접한 코일에 교류전류가 흐를 때 코일에 흐르는 전류밀도가 한쪽으로 쏠리는 현상을 말한다. 이러한 근접 효과(Yp)는 주파수가 높아질수록 그리고 인접하는 코일 사이의 간격이 좁을수록 더욱 더 심해진다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 서로 인접한 코일(3)(5)에 교류전류가 흐르는 경우, 각 코일(3)(5)의 전류밀도(J)는 서로 멀어지는 영역에 분포되고 서로 인접한 영역에는 분포되지 않게 된다. 이와 같이, 서로 인접한 코일(3)(5)에 교류전류에 흐르는 경우, 각 코일(3)(5)은 표피 효과뿐만 아니라 근접 효과의 영향도 받게 된다.

공개특허공보 10-2020-0104589호에는 분할영역을 포함하는 권선부를 구비함으로써, 표피 효과와 근접 효과로 인한 저항 성분을 줄여 충전 효율이 향상된 무선 충전 코일 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 품질 계수를 향상시킨 무선 충전 코일을 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 휴대용 단말기의 무선 충전을 위한 무선 충전 코일에 있어서, 설치 부재;와, 상기 설치 부재에 배치되는 도선부를 포함하며, 상기 도선부는, 도전체와 상기 도전체의 적어도 일면을 둘러싸는 자성재 도금층을 포함하고, 상기 자성재 도금층의 두께는 1㎛~8㎛인 무선 충전 코일을 제공한다.

여기서, 상기 도전체는 리드 프레임 소재로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 자성재 도금층은 퍼멀로이 도금층일 수 있다.

여기서, 상기 도전체의 일면은 상기 설치 부재와 접촉되어 있으며, 상기 자성재 도금층은, 상기 도전체의 부분 중 상기 설치 부재와 접촉된 면을 제외한 나머지 면에 배치될 수 있다.

여기서, 표피 깊이를 δ라 할 때, 상기 도전체의 폭은 1.5δ~4δ일 수 있다.

여기서, 상기 도전체의 적어도 일부는 분할 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 무선 충전 코일은, 최적의 두께를 가지는 자성재 도금층을 포함한 도선부를 포함하고 있으므로, 품질 계수가 향상되는 효과가 있다.

도 1a는 단일 코일에서 표피 효과를 설명하는 도면이다.
도 1b는 서로 인접하는 코일에서의 근접 효과를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일의 일부 단면도를 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일의 도전체의 폭과 교류 저항과의 관계를 도시한 개략적인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 대한 무선 충전 코일의 분할된 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일의 자성재 도금층의 두께와 품질 계수의 관계를 도시한 개략적인 그래프이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일을 제조하는 공정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일에 전력을 송신하는 모습을 도시한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략하며, 도면에는 이해를 돕기 위해 크기, 길이의 비율 등에서 과장된 부분이 존재할 수 있다.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2, 상면, 하면 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일을 도시한 개략적인 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일의 일부 단면도를 도시한 개략적인 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 대한 무선 충전 코일(100)은, 필름 형상의 설치 부재(110)와, 설치 부재(110)에 배치되며 원형 패턴 형상의 도선부(120)를 포함한다. 도선부(120)의 단부에는 단자부(120a)(120b)가 배치되어 있다.

설치 부재(110)는 자성재 도금층(122)의 도금 시 사용된 절연성 기판일 수 있는데, 설치 부재(110)는 폴리이미드, 폴리우레탄 등 다양한 소재를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 설치 부재(110)는 자성재 도금층(122)의 도금 시 사용된 절연성 기판이 될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 도금 공정이 종료된 후, 도금 시 사용한 기판을 교체하고, 새로운 기판을 설치 부재로 하여 무선 충전 코일(100)에 배치할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 도선부(120)는, 도전체(121)와, 도전체(121)의 상면과 측면을 둘러싸는 자성재 도금층(122)을 포함한다. 즉, 도전체(121)는 설치 부재(110)와 접촉되어 배치되어 있으며, 자성재 도금층(122)은, 도전체(121)의 부분 중 설치 부재(110)와 접촉된 면을 제외한 나머지 면에 배치되어 있다.

본 실시예에 따르면 자성재 도금층(122)이 도전체(121)의 상면과 측면을 둘러싸도록 배치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 자성재 도금층은 도전체(121)의 적어도 일면을 둘러싸기만 하면 된다. 예를 들어 본 발명에 따른 자성재 도금층은 도전체(121)의 측면에만 배치될 수도 있다.

본 실시예에 따른 도전체(121)는, 박형의 도전 소재를 롤-투-롤 공정을 통해 이송시키면서 에칭이나 펀칭 등으로 가공하여 원형 패턴 형상으로 제조된다. 박형의 도전 소재는, 구리, 구리를 포함하는 합금, 금, 은 등의 다양한 도전 물질을 포함할 수 있으며, 압연박, 전해박 형태가 사용될 수 있다. 일 예로 도전체(121)는 리드프레임의 원소재가 사용될 수도 있다.

본 실시예에 따른 도전체(121)는 원형 패턴 형상으로 제조되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 도전체의 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면 본 발명에 따른 도전체는 소정의 인덕턴스를 가져 무선 충전이 가능하기만 하면 되고, 그 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면 본 발명에 따른 도전체는 사각형 패턴, 지그재그 패턴 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면 도전체(121)는 롤-투-롤 공정을 통해 이송시키면서 제조하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 도전체의 제조는 롤-투-롤 공정을 이용하지 않고, 박형의 도전 소재를 판상의 상태로 가공하여 무선 충전 코일의 도전체를 제조할 수도 있다.

이하, 도전체(121)의 형상에 대해 구체적으로 설명한다.

도전체(121)의 두께(H)와 폭(W)은, 무선 충전 스펙으로 정해진 전송 전력에 요구되는 인덕턴스(L)를 만족시키도록 설계되되, 표피 효과와 근접 효과를 고려하여 설계할 수 있다.

본 실시예에 따른 도전체(121)의 두께(H)는 약 50㎛~300㎛가 될 수 있다.

본 실시예에 따른 도전체(121)의 폭(W)은, 무선 충전 코일(100)의 전체 지름 크기(D)와 인덕턴스(L) 성능 요구에 따라 결정되며, 전체 권선 회전수도 고려하여 결정된다.

본 실시예에 따르면 반복되는 실험을 통해 도전체(121)의 폭(W)의 최적값의 범위을 결정하였는데, 도전체(121)의 폭(W)의 최적값의 범위는 1.5δ~4δ이다. 여기서 단위 δ는 표피 깊이(skin depth)인데, 「표피 깊이」δ는 교류전류가 표피 효과에 의해 도선의 어떠한 깊이만큼 흐를 수 있는지를 나타내는 척도이다. 「표피 깊이」δ는 다음의 [수학식 3]에 의해 정의될 수 있다.

일 예로서, [수학식 3]에서 주파수 f는 WPC(Wireless Power Consortium)에서 정의한 무선 충전을 위한 동작 주파수 100kHz~205kHz를 적용할 수 있는데, 그 때 1δ는 구리 소재의 경우 약 144㎛~206㎛에 해당될 수 있다.

이하, 다음의 [표 1]과 도 4를 이용하여, 도전체(121)의 폭(W)의 형성 두께의 하한 1.5δ과 상한 4δ의 임계적 의미를 설명한다.

도전체(121)의 폭(W)의 최적 값의 결정은, 교류저항(R_AC) 값을 이용하여 수행될 수 있다. 즉, [수학식 1]에 따르면 교류저항(R_AC) 값이 작을수록 품질 계수 Q가 향상되므로, 도전체(121)의 폭(W)에 따른 교류저항(R_AC) 값을 측정하여 최적의 수치 범위를 구할 수 있다.

하기 [표 1]은, 동작 주파수가 130kHz일 경우 실험을 통해 도전체(121)의 폭(W)을 변화시키면서 교류저항(R_AC)의 값을 산출한 결과이고, 도 4는 이를 도시한 그래프이다. 여기서 도전체(121)의 폭(W)의 간격은 시편 별로 순차적으로 0.5δ 간격을 두도록 하였는데, 여기서 0.5δ의 간격은 임계적 특성을 관찰하기 위해 충분히 좁게 설계된 간격이다.

도전체의 폭(단위: δ)	교류저항(mΩ) 값
0.5	402
1.0	368
1.5	347
2.0	335
2.5	333
3.0	332
3.5	335
4.0	347
4.5	381
5.0	418

[표 1]과 도 4에 도시된 바와 같이, 도전체(121)의 폭(W)이 1.0δ일 때의 교류저항(R_AC) 값은 368mΩ이고, 도전체(121)의 폭(W)이 1.5δ일 때의 교류저항(R_AC) 값은 347mΩ이고, 도전체(121)의 폭(W)이 2δ일 때의 교류저항(R_AC) 값은 335mΩ이다. 그 변화율을 살펴보면 폭(W)이 1δ에서 1.5δ로 변화할 때의 교류저항(R_AC) 값은 21mΩ 만큼 감소하고, 폭(W)이 1.5δ에서 2δ로 변화할 때의 교류저항(R_AC) 값은 12mΩ 만큼 감소하므로, 폭(W) 1.5δ를 경계로 발명의 작용, 효과에 현저한 변화가 있었다.

또한, [표 1]과 도 4에 도시된 바와 같이, 도전체(121)의 폭(W)이 3.5δ일 때의 교류저항(R_AC) 값은 335mΩ이고, 도전체(121)의 폭(W)이 4δ일 때의 교류저항(R_AC) 값은 347mΩ이고, 도전체(121)의 폭(W)이 4.5δ일 때의 교류저항(R_AC) 값은 381mΩ이다. 그 변화율을 살펴보면 폭(W)이 3.5δ에서 4δ로 변화할 때의 교류저항(R_AC) 값은 12mΩ 만큼 증가하고, 폭(W)이 4δ에서 4.5δ로 변화할 때의 교류저항(R_AC) 값은 34mΩ 만큼 증가하므로, 폭(W) 4δ를 경계로 발명의 작용, 효과에 현저한 변화가 있었다.

아울러 도전체(121)의 폭(W)이 2δ부터 3.5δ일 때의 값은, 폭(W)이 1.5δ일 때와 4δ일 때의 교류저항(R_AC) 값보다 작으므로, 도전체(121)의 폭(W) 1.5δ~4δ는 교류저항(R_AC) 값을 고려할 때 최적의 범위라 할 수 있다.

한편, 도전체(121)의 적어도 일부는 분할 구조를 가질 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 도전체(121)는 1개의 라인(K1)이 분할되어 2개의 라인(K2)(K3)으로 구성될 수 있다. 즉, 무선 충전 코일(100)은, 사용자가 요구하는 인덕턴스 등의 스펙을 준수할 수만 있다면 도전체의 분할 구조를 취할 수 있고, 그 경우 표피 효과 및 근접 효과를 줄일 수 있다. 여기서, 분할 구조의 도전체가 표피 효과 및 근접 효과를 줄일 수 있는 원리는 전술한 공개특허공보 10-2020-0104589호에 개시되어 있다.

도 5에서는 2개의 라인으로 분할된 구조를 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 무선 충전 성능에 요구되는 인덕턴스를 만족시킨다면, 분할 구조에 특별한 제한이 없다. 예를 들어 분할된 구조는, 3개의 라인, 4개의 라인 등으로 구성될 수 있다.

한편, 자성재 도금층(122)은 니켈과 철이 포함되는 퍼멀로이(Permalloy) 도금층이 될 수 있다. 퍼멀로이 도금층의 비율은 니켈 성분이 전체의 70%~80% 비율을 차지하도록 하여 자성재 도금층(122)이 고투자율의 성질을 가지도록 한다.

퍼멀로이 도금은 니켈과 철을 포함하는 도금인데, 바람직하게는 투자율이 5000 이상인 것이 바람직하다. 적용되는 주파수가 100kHz일 때 퍼멀로이 조성 비율에 따른 투자율은 다음의 [표 2]와 같다.

퍼멀로이 조성	투자율(μ) 값
Ni 78%, Fe 22%	8000
Ni 80%, Fe 20%	5000

본 실시예에 따르면, 자성재 도금층(122)은 니켈과 철이 포함되는 퍼멀로이(Permalloy) 도금층이 될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 자성재 도금층(122)은 전자기 차폐의 효과를 나타내는 층이면 그 소재에 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들면 자성재 도금층으로 FeSiBCr, CoFe계 연자성 합금, Fe계 연자성 합금, Co계 연자성 합금, NiFe계 연자성 합금, Ba계 페라이트, MnZn계 페라이트, NiZn계 페라이트, NiZnCu계 페라이트를 포함하여 구성될 수도 있다.

자성재 도금층(122)은 그 차폐 효과에 의해 인접하는 도전체(121) 사이의 근접 효과로 인한 저항 성분 Yp을 줄일 수 있다. 즉, 자성재 도금층(122)은 고투자율을 가지고 있으므로, 이웃하는 도전체(121)와의 전자기 간섭 효과를 줄여줄 수 있게 된다.

본 실시예에 따르면, 반복되는 시뮬레이션과 실험을 통해 자성재 도금층(122)의 형성 두께(t)의 최적값의 범위을 결정하였다.

즉, 휴대용 단말기에 무선 충전 목적으로 사용되는 무선 충전 코일의 경우 그 전체 크기(지름, 두께)는 상용되는 제품의 크기, 성능 등의 스펙에 의해 제한되고, 그에 따라 무선 충전 코일(100)의 도전체(121)의 두께, 폭, 권선수가 결정되는 바, 그러한 제약 조건을 가진 도전체(121)에 적용되는 자성재 도금층(122)의 형성 두께를 결정하였다. 구체적으로 WPC(Wireless Power Consortium)에 표준으로 예시한 휴대용 단말기용 무선 충전 코일의 전체 외경의 크기는 약 50mm 이하이고, 내경은 약 25mm 이상이고, 권선수는 약 10회이다.

상기 조건들을 감안하여 시뮬레이션과 실험을 통해 결정된 본 실시예에 따른 자성재 도금층(122)의 형성 두께의 최적값의 범위는 1㎛~8㎛이다.

이하, 다음의 [표 3]과 도 6을 이용하여, 자성재 도금층(122)의 형성 두께(t)의 하한 1㎛와 상한 8㎛의 임계적 의미를 설명한다.

하기 [표 3]과 도 6은, 퍼멀로이 도금층 조성이 니켈 80%, 철 20%인 경우에, 실험을 통해 자성재 도금층(122)의 두께(t)를 변화시키면서 품질 계수 Q값을 산출한 결과이다. 여기서 실험 조건은, 동작 주파수가 130kHz, 도선 폭이 0.365㎜~0.520㎜, 인접 도선의 중심 거리 0.495㎜~0.650㎜로 하고, 도선 폭은 최외측에서 안쪽으로 갈수록 선형적으로 감소되도록 형성하였다.

여기서 자성재 도금층(122)의 두께(t)의 최소 간격은 시편 별로 순차적으로 0.5㎛ 간격을 두도록 하였는데, 여기서 0.5㎛ 간격은 임계적 특성을 관찰하기 위해 충분히 좁게 설계된 간격이다.

도금 두께(단위: ㎛)	품질 계수 Q 값
도금 없음	21.95
0.5	23.27
1.0	23.84
1.5	23.87
2.0	24.01
4.0	23.92
6.0	23.88
7.5	23.92
8.0	23.88
8.5	23.66
10.0	23.58
15.0	23.29
20.0	22.89

[표 3]과 도 6에 도시된 바와 같이, 자성재 도금층(122)의 도금 두께(t) 0.5㎛일 때의 품질 계수 Q는 23.27이고, 도금 두께(t) 1㎛일 때의 품질 계수 Q는 23.84이고, 도금 두께(t) 1.5㎛일 때의 품질 계수 Q는 23.87이다. 그 변화율을 살펴보면 도금 두께(t) 0.5㎛에서 1㎛로 변화할 때의 품질 계수 Q값은 0.57 만큼 증가하고, 도금 두께(t) 1㎛에서 1.5㎛로 변화할 때의 품질 계수 Q값은 0.03 만큼 증가하므로, 도금 두께 1㎛를 경계로 발명의 작용, 효과에 현저한 변화가 있었다.

또한, [표 3]과 도 6에 도시된 바와 같이, 자성재 도금층(122)의 도금 두께(t) 7.5㎛일 때의 품질 계수 Q는 23.92이고, 도금 두께(t) 8㎛일 때의 품질 계수 Q는 23.88이고, 도금 두께(t) 8.5㎛일 때의 품질 계수 Q는 23.66이다. 그 변화율을 살펴보면 도금 두께(t) 7.5㎛에서 8㎛로 변화할 때의 품질 계수 Q값은 0.04 만큼 감소되고, 도금 두께(t) 8㎛에서 8.5㎛로 변화할 때의 품질 계수 Q값은 0.22 만큼 감소되므로, 도금 두께(t) 8㎛를 경계로 발명의 작용, 효과에 현저한 변화가 있었다.

아울러 도금 두께(t) 1.5㎛에서 7.5㎛일 때의 값은 도금 두께(t) 1㎛일 때와 도금 두께(t) 8㎛일 때의 품질 계수 Q값을 초과하므로, 도금 두께(t) 1㎛~8㎛는 품질 계수 Q값을 고려할 때 최적의 범위라 할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따르면 도전체(121)의 상면과 측면에 위치한 자성재 도금층(122)의 두께가 동일하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 도전체(121)의 상면에 배치된 자성재 도금층(122)의 두께와 도전체(121)의 측면에 배치된 자성재 도금층(122)의 두께가 서로 다를 수 있다.

이하, 도 7a와 도 7b를 참조하여 본 실시예에 따른 무선 충전 코일(100)의 제조 방법을 설명한다.

우선, 도 7a에 도시된 바와 같이, 필름 형상의 설치 부재(110)에 원형 패턴 형상의 도전체(121)를 배치한다.

도전체(121)는 에칭, 펀칭 등의 방식으로 박형의 도전 물질을 가공하여 원형 패턴 형상으로 형성된 것으로서, 설치 부재(110)에 부착한다. 이 때 도전체(121)와 설치 부재(110) 사이에 접착 물질이 개재되어 접착을 용이하게 할 수도 있다.

이어, 도 7b에 도시된 바와 같이, 전해액이 담긴 전해조(M)에 도전체(121)와 설치 부재(110)를 담가 퍼멀로이 전해 도금을 실시하여, 도전체(121)의 상면과 측면에 자성재 도금층(122)을 형성한다.

전술한 바와 같이, 퍼멀로이 도금의 비율은 니켈 성분이 전체의 70%~80% 비율을 차지하도록 구성하는 것이 바람직하다. 자성재 도금층(122)의 투자율은 5000 이상이 바람직한데, 이를 위해 구성하는 니켈 성분의 조성과 입자 사이즈 등을 선정하는 것이 중요하다.

자성재 도금층(122)의 두께는, 전술한 바와 같이 1㎛~8㎛가 되도록 형성된다.

본 실시예에 따르면 자성재 도금층(122)은 전해 도금을 통해 형성되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 자성재 도금층은 무전해 도금을 통해 형성될 수도 있다.

이하, 도 8을 참조하여 본 실시예의 무선 충전 코일(100)에 전력을 송신하는 모습을 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 무선 충전 코일(100)은 수신 코일로 사용될 수 있고, 그 경우 송신 장치(T)가 설치 부재(110)와 마주보도록 배치된다.

송신 장치(T)가 구동되면, 송신 장치(T)에서 발생된 전자기장에 의해 무선 충전 코일(100)에 전류가 유도되어 충전이 진행되게 된다. 이 때 무선 충전 코일(100)은 적절한 두께의 자성재 도금층(122)을 포함하고 있기 때문에, 표피 효과 및 근접 효과가 개선될 수 있다. 그렇게 되면 무선 충전 효율과 관련된 품질 계수가 향상될 뿐만 아니라, 충전 시 무선 충전 코일(100)의 발열 현상 방지 성능도 개선된다.

본 실시예에 따른 무선 충전 코일(100)은 수신 코일로 사용되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 무선 충전 코일은 송신 코일, 수신 코일에 제한 없이 사용될 수 있다.

본 실시예에 따른 무선 충전 코일(100)을 사용한 전력 송수신은 전자 유도 방식을 사용하고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 무선 충전 코일의 전력 송수신은 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식에도 사용될 수 있다.

본 발명의 일 측면들은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명은 무선 충전 코일을 제조하는 제조하는 산업 등에 이용할 수 있다.

100: 무선 충전 코일 110: 설치 부재
120: 도선부 121: 도전체
122: 자성재 도금층

Claims

휴대용 단말기의 무선 충전을 위한 무선 충전 코일에 있어서,
설치 부재; 및
상기 설치 부재에 배치되는 도선부를 포함하며,
상기 도선부는, 도전체와 상기 도전체의 적어도 일면을 둘러싸는 자성재 도금층을 포함하고,
상기 자성재 도금층의 두께는 1㎛~8㎛인, 무선 충전 코일.
제1항에 있어서,
상기 도전체는 리드 프레임 소재로 이루어지는, 무선 충전 코일.
제1항에 있어서,
상기 자성재 도금층은 퍼멀로이 도금층인, 무선 충전 코일.
제1항에 있어서,
상기 도전체의 일면은 상기 설치 부재와 접촉되어 있으며,
상기 자성재 도금층은, 상기 도전체의 부분 중 상기 설치 부재와 접촉된 면을 제외한 나머지 면에 배치되는, 무선 충전 코일.
제1항에 있어서,
표피 깊이를 δ라 할 때, 상기 도전체의 폭은 1.5δ~4δ인, 무선 충전 코일.
여기서, 표피 깊이 δ는 다음의 수학식을 만족한다.

(여기서, f는 적용되는 주파수를 나타내고, μ는 도전체 투자율을 나타내고, σ는 도전체 도전율을 나타냄)
제1항에 있어서,
상기 도전체의 적어도 일부는 분할 구조를 가지는, 무선 충전 코일.