KR101261267B1 - 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구 - Google Patents

Abstract

무접점 충전기용 코일의 권선 간격은 코일의 폭방향 내측보다 외측에 배치되는 부분의 권선 간격이 좁게 형성되는 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구를 개시한다. 이러한 코일 및 권선 용구는 코일의 폭방향 내측보다 외측 부분의 권선 간격이 좁게 형성됨에 따라 코일의 외측부분에서 발생되는 자기장이 강해 충전기의 중심부가 아닌 외곽에서도 용이하게 충전시킬 수 있다.

Description

무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구{Coil for non-contact battery charger and winding tool for manufacturing the same}

본 발명은 이동통신단말기, PDA, 노트북 등과 같은 휴대용 정보통신기기와, 연산기기와, AV기기와, 가전과, 산업용, 수송용의 충전배터리를 충전하기 위해 사용되는 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무접점 충전시 충전효율을 극대화하기 위해 자기발생코일의 형태를 변경한 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신단말기, PDA, 노트북 등과 같은 휴대용 정보통신기기와, 연산기기와, AV기기와, 가전과, 산업용, 수송용의 충전배터리를 에너지원으로 사용하는 기기들은 충전기가 반드시 필요하다.

그런데 대부분의 기기들의 충전방식은 배터리와 충전기를 전기적으로 접촉시키는 접촉식 충전방식을 채택하고 있다.

그러나 접촉식 충전방식에 많은 문제점과 편리성 부족이 야기되면서 비접촉식 충전방식이 개발되었다. 그것이 무접점 충전기이다.

무접점 충전은 전자기 유도회로를 이용한다. 무접점 충전의 구조는 전류가 흐름에 따라 전자기 유도를 발생시키는 부분과, 상기 발생된 전자기 유도에 의해 전압 전류를 유도시켜 수신부 코일이 이 자계를 받아 충전하는 부분으로 구성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 무접점 충전 구조를 나타낸 도면이다.

배터리는 배터리 셀(1)과 배터리 코어(2)와 자기유도 코일(3)과 배터리 외곽 케이스(4)가 계층을 이루어 구성된다. 그리고 충전기는 충전기 외곽 케이스(5)와 자기발생 코일(6)과 충전기 코어(7)가 계층을 이루어 구성된다.

이때, 배터리 외곽 케이스(4)와 충전기 외곽 케이스(5)는 도시된 바와 같이 서로 근접된다.

배터리 외곽 케이스(4)와 충전기 외곽 케이스(5)가 서로 근접했을 때, 충전기 코어(7)에 유도된 전자기는 충전기의 자기발생 코일(6)로 흐르는 전압 전류에 의해 충전기 외곽 케이스(5)를 통과하고, 이와 같이 충전기 외곽 케이스(5)를 통과한 전자기는 배터리 외곽 케이스(4)를 통과하여 배터리 코어(2)와 자기수신코일 (3)에 다다르게 된다.

그러면 배터리 코어(2)로 유도된 전자기에 의해 자기수신 코일(3)에 전압 전류가 발생되고, 이와 같이 발생된 전압 전류는 충전 회로를 거쳐 배터리 셀(1)에 충전된다.

따라서 충전기에서 배터리로 충전 시에 중요한 것이 충전기 코어(7)와 배터리 코어(2) 간의 거리이다. 이러한 배터리 코어(2)의 면과 충전기 코어(7)의 면 사이의 거리(G)를 공극이라 하는데, 상기한 공극은 무접점 충전에서 충전효율에 큰 영향을 준다.

특히나 무접점 충전에서는 대용량의 전류를 충전기에서 배터리로 유도시켜야 하기 때문에, 충전효율이 우수해야 한다.

만약 충전효율이 열악하다면 배터리 충전시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 손실된 에너지가 열로 변환됨에 따라 그 열로 인해 충전기 및 배터리가 고장이 날 수도 있다.

그런데 아직까지 무접점 충전 시에는 공극의 크기가 상당히 크기 때문에 충전효율이 극대화되지 못하고 있다.

또한, 충전기의 자기발생 코일은 통상적으로 일정한 간격으로 감겨져 있는데, 만약 사용자가 충전기의 중앙에 배터리를 놓지 않고 다른 위치 예를 들면, 충전기의 외곽에 놓았을 경우 충전효율이 떨어지는 문제점이 발생된다. 이는 자기장이 코일 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 약해지기 때문이다.

따라서 무접점 충전 시에 보다 우수한 충전효율을 발휘하도록 해주는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 충전효율을 극대화시킬 수 있는 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 배터리가 충전기의 중앙부를 벗어난 위치에 놓일 경우에도 용이하게 충전될 수 있는 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무접점 충전기용 코일의 권선 간격은 상기 코일의 중심부 측보다 외측에 배치되는 부분이 좁게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 코일은 원형, 타원형, 사각형 중 하나의 형태로 권선되는 것을 특징으로 한다.

상기 코일은 적어도 일측면이 오목한 형상, 볼록한 형상, 마름모 형상, 단차를 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 코일은 다수의 영역으로 구획되고,

상기 각 영역별로 구획된 코일의 권선 간격은 상기 코일의 폭방향 외측으로 갈수록 점차 좁아지는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무접점 충전기용 코일을 제조하기 위한 권선 용구는, 제1권선 용구와, 상기 제1권선 용구와 마주보도록 이격되는 제2권선 용구와, 상기 제1권선 용구와 제2권선 용구를 연결하는 축을 포함하고,

상기 제1권선 용구와 제2권선 용구의 상호 마주보는 면 중 적어도 일면은, 볼록한 형상, 오목한 형상, 중심부에서 상하단부로 갈수록 상기 제1권선 용구와 상기 제2권선 용구 사이의 거리가 멀어지거나 근접되게 경사지게 형성된 형상, 단차를 갖는 형상으로 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 권선 용구는 지그 또는 보빈인 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구는 코일을 감을 때 내부보다 외부에서 권선 간격이 조밀하게 하여 충전 효율을 극대화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 무접점 충전기용 코일을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무접점 충전기용 코일을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 코일을 제조하기 위한 권선 용구의 여러 형태를 나타내는 도면이다
도 4는 본 발명에 따른 무접점 충전기용 코일의 여러 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 코일을 제조하기 위한 권선 용구의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명의 무접점 충전기용 코일(10)은 이동통신단말기, PDA, 노트북 등과 같은 휴대용 정보통신기기와, 연산기기와, AV기기와, 가전과, 산업용, 수송용의 충전배터리를 충전시키기 위해 사용되는 무접점 충전기에 적용된다. 이러한 무접점 충전기용 코일(10)은 권선 간격이 코일의 폭방향을 기준으로 내측(중심부 측)보다 외측이 좁게 형성될 수 있다.

예를 들면, 코일(10)의 권선 간격은 도 2에 도시된 바와 같이 자기장의 세기에 따라 다수의 영역(t1,t2,t3)으로 구획될 수 있다. 즉, 코일(10)의 권선 간격은 제1영역(t1)이 가장 넓으며, 제3영역(t3)이 가장 좁을 수 있다.

또, 코일(10)의 권선 간격은 도면에 도시되지는 않았지만 중심부 측에서 외측으로 갈수록 점차 좁아질 수도 있다.

상기와 같이 코일(10)의 권선 간격을 다르게 하는 것은 코일(10)의 외측에서도 큰 유도 자기장을 발생시키기 위함이다.

따라서, 상기와 같은 코일(10)을 사용하게 되면 충전가능 변위가 일정한 간격으로 권선된 코일에 비해 대략 50% 이상 넓어진다. 예를 들면, 스마트폰용 1200mAh 배터리의 경우 충전기의 외곽에서도 대략 3시간 정도면 완전 충전이 가능하다. 다시 말하면, 본 발명의 코일이 적용된 무접점 충전기는 중심부가 아닌 외곽부에서도 용이하게 배터리를 충전시킬 수 있다.

한편, 코일(10)은 권선 용구를 사용하여 권선된다. 권선 용구는 도 3에 도시된 바와 같이 한 세트로 이루어진 지그(100)일 수 있다. 이때의 지그(100)는 제1지그(110)와, 이 제1지그(110)와 마주보도록 이격되는 제2지그(120) 및 제1지그(110)와 제2지그(120)를 상호 연결하는 축(111)을 포함한다.

도 3의 (a)에 도시된 지그(100)는 일측면이 완만한 곡선형태로 볼록하게 형성되는 제1지그와, 이 제1지그의 일측면과 마주보는 타측면이 평탄하게 형성되는 제2지그와, 제1지그와 제2지그를 연결하는 축을 포함한다. 이와 같이 형성된 지그의 축을 중심으로 코일을 권선하면, 일측면이 오목하게 형성되는 형상의 코일이 만들어진다. 이때의 코일의 권선 간격은 중심부 측에서 넓게 감기게 되고 바깥쪽으로 갈수록 좁게 감겨진다.

도 3의 (b)에 도시된 지그는 상호 마주보는 면이 완만한 곡선형태로 볼록하게 형성되는 제1지그와 제2지그를 포함한다. 이와 같이 형성된 지그에서 코일을 감으면, 양측면이 오목하게 형성되는 형상의 코일이 만들어진다.

도 3의 (c)에 도시된 지그는 일측면이 완만한 곡선형태로 오목하게 형성되는 제1지그와, 이 제1지그의 일측면과 마주보는 타측면이 평탄하게 형성되는 제2지그를 포함한다. 이와 같이 형성되는 지그에서 코일을 감으면, 일측면이 볼록하게 형성되는 형상의 코일이 만들어진다.

도 3의 (d)에 도시된 지그는 상호 마주보는 면이 완만한 곡선형태로 오목하게 형성되는 제1지그와 제2지그를 포함한다. 이와 같이 형성되는 지그에서 코일을 감으면, 양측면이 볼록하게 형성되는 형상의 코일이 만들어진다.

도 3의 (e)에 도시된 지그는 상호 마주보는 면이 중심에서 상하부로 갈수록 근접 또는 멀어지도록 경사진 경사면을 갖는 제1지그와 제2지그를 포함한다. 이와 같이 형성되는 지그에서 코일을 감으면, 양측면이 마름모형상의 코일이 만들어진다.

도 3의 (f)에 도시된 지그는 일측면에 단차가 형성되는 제1지그와, 이 제1지그의 일측면과 마주보는 타측면이 평탄하게 형성되는 제2지그를 포함한다. 이와 같이 형성되는 지그에서 코일을 감으면, 일측면에 단차가 형성되는 형상의 코일이 만들어진다.

도 3의 (g)에 도시된 지그는 상호 마주보는 면에 단차가 형성되는 제1지그와 제2지그를 포함한다. 이와 같이 형성되는 지그에서 코일을 감으면, 양측면에 단차가 형성되는 형상의 코일이 만들어진다.

한편, 도 3의 (a) 내지 (g)의 지그를 통해 만들어지는 코일은 사용범위에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 원형, 타원형, 사각형으로 권선될 수 있으며, 이와 같이 다양한 형상으로 형성된 코일은 상술한 바와 같이 적어도 하나의 측면이 오목한 형상, 볼록한 형상, 마름모 형상, 단차를 갖는 형상으로 형성될 수 있다.

또, 코일의 형상과 특성을 내기 위해 도 3의 지그를 사용하지 않고, 도 5에 도시된 원형 또는 사각형상의 보빈(130,140)을 사용할 수도 있다. 이러한 경우 상호 마주보는 플레이트의 구조를 도 3의 지그의 형상과 동일하게 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 무접점 충전기용 코일 및 이 코일을 제조하기 위한 권선 용구의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

10 : 코일 100 : 지그
110 : 제1 지그 111 : 축
120 : 제2 지그 130,140 : 보빈

Claims (6)

1. 무접점 충전기에 구비되는 코일에 있어서,
   상기 코일의 권선 간격은 상기 코일의 중심부 측보다 외측에 배치되는 부분이 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 무접점 충전기용 코일.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일은 원형, 타원형, 사각형 중 하나의 형태로 권선되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전기용 코일.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 코일은 적어도 일측면이 오목한 형상, 볼록한 형상, 마름모 형상, 단차를 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전기용 코일.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코일은 다수의 영역으로 구획되고,
   상기 각 영역별로 구획된 코일의 권선 간격은 상기 코일의 폭방향 외측으로 갈수록 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는 무접점 충전기용 코일.
5. 무접점 충전기에 구비되는 코일을 제조하기 위한 권선 용구에 있어서,
   상기 권선 용구는 제1권선 용구와, 상기 제1권선 용구와 마주보도록 이격되는 제2권선 용구와, 상기 제1권선 용구와 제2권선 용구를 연결하는 축을 포함하고,
   상기 제1권선 용구와 제2권선 용구의 상호 마주보는 면 중 적어도 일면은, 볼록한 형상, 오목한 형상, 중심부에서 상하단부로 갈수록 상기 제1권선 용구와 상기 제2권선 용구 사이의 거리가 멀어지거나 근접되게 경사지게 형성된 형상, 단차를 갖는 형상 중 어느 하나의 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 무접점 충전기용 코일을 제조하기 위한 권선 용구.
6. 제5항에 있어서,
   상기 권선 용구는 지그 또는 보빈인 것을 특징으로 하는 무접점 충전기용 코일을 제조하기 위한 권선 용구.

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