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KR101449123B1 - 코일, 무선 전력 장치 및 단말기 - Google Patents

코일, 무선 전력 장치 및 단말기 Download PDF

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KR101449123B1
KR101449123B1 KR1020120101787A KR20120101787A KR101449123B1 KR 101449123 B1 KR101449123 B1 KR 101449123B1 KR 1020120101787 A KR1020120101787 A KR 1020120101787A KR 20120101787 A KR20120101787 A KR 20120101787A KR 101449123 B1 KR101449123 B1 KR 101449123B1
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coil
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frequency
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 무선으로 전력을 송신 또는 수신하기 위한 장치로서, 자성 기판 및 자성 기판 상에 직접 배치된 코일을 포함하며, 상기 코일은 스파이럴 타입으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 전력에 이용되는 코일의 두께를 최적화하여 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

코일, 무선 전력 장치 및 단말기{COIL AND WIRELESS POWER DEVICE AND TERMINAL}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무선전력 전송 전력 전송 효율을 향상시키기 위해 코일의 두께를 최적화시킨 것에 관한 기술이다.
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. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 있다.
현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
무선으로 전력을 전송하는 경우, 코일의 Q값을 높여 전력 전송 효율을 높이고자 하는 노력이 다양하게 시도되고 있는 실정이나, 전력 전송 효율을 크게 향상시키는 데에는 어려움이 있었다.
본 발명은 무선 전력 전송에 이용되는 코일의 두께를 최적화하여 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 무선 전력 전송에 이용되는 코일의 두께를 최적화하여 Q값을 높이고, 코일에서 형성되는 자기장의 세기를 증가시킬 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 코일의 두께는 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 코일은 스파이럴 타입의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 전력에 사용된 주파수는 120KHz 내지 170KHz 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
상기 코일은 전자기 유도를 이용하여 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치는 두께가 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 갖는 코일 및 상기 코일의 일면에 배치된 자성 기판을 포함한다.
상기 코일은 상기 자성 기판의 상에 직접 배치된 도전 패턴 또는 도전층 인 것을 특징으로 한다.
상기 자성 기판은 센더스트 타입의 자성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 전력 장치는 상기 코일의 상 측에 배치되어 상기 코일의 양단에 솔더에 의해 접속된 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 전력 장치는 단말기에 내장될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 코일의 두께를 최적화하여 Q값을 높이고, 방사되는 자기장의 세기를 증가시켜 전력 전송 효율을 크게 개선시킬 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 평면도이다.
도 3은 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'으로 자른 경우, 무선 전력 장치(1000)의 단면도이다.
도 4 내지 도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 제조 방법에 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일(230)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 코일(230)의 두께(T)가 0.07mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 11은 코일(230)의 두께(T)가 0.07mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 12는 코일(230)의 두께(T)가 0.09mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 13은 코일(230)의 두께(T)가 0.09mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 14는 코일(230)의 두께(T)가 0.1mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 15는 코일(230)의 두께(T)가 0.1mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 16은 코일(230)의 두께(T)가 0.14mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 17은 코일(230)의 두께(T)가 0.14mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 18은 코일(230)의 두께(T)가 0.15mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 19는 코일(230)의 두께(T)가 0.15mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 20은 코일(230)의 두께(T)가 0.16mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 21은 코일(230)의 두께(T)가 0.16mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 22는 코일(230)의 두께가 0.07mm 내지 0.16mm인 경우, 주파수에 따른 품질 지수(Q)의 관계를 보여주는 도면이다.
도 23 내지 도 28은 코일(230)의 두께가 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 갖는 경우, 전력 전송 효율이 최적화됨을 보여주기 위한 도면으로, 주파수에 따른 코일(230)의 두께 및 Q값의 관계를 보여준다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 평면도이고, 도 3은 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'으로 자른 경우, 무선 전력 장치(1000)의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 무선 전력 장치(1000)는 자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300)를 포함할 수 있다.
무선 전력 장치(1000)는 송신 측으로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 그러나, 이에 한정될 필요는 없고, 수신 측에 무선으로 전력을 송신할 수도 있다. 일 실시 예에서 무선 전력 장치(1000)는 전자기 유도를 이용해 무선으로 전력을 송신 또는 수신 할 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시킬 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시켜 외부에 누출될 수 있는 자기장의 양을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 차폐 효과를 가질 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 측방으로 변경시켜 코일부(200)에 자기장이 더 집중적으로 전달될 수 있도록 한다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장 중 외부로 누출되는 자기장을 흡수하여 열로 방출시킬 수도 있다. 외부에 누출되는 자기장의 양이 감소되면, 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 상황이 방지될 수 있다.
도 3을 참고하면, 자성 기판(100)은 자성체(110) 및 지지체(120)를 포함할 수 있다.
자성체(110)는 입자 또는 세라믹의 형태를 포함할 수 있다.
지지체(120)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
자성 기판(100)은 시트(Sheet) 형태로 구성될 수 있으며, 플렉서블(flexible)한 성질을 가질 수 있다.
다시 도 1을 설명하면, 코일부(200)는 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)을 포함할 수 있다. 코일(230)은 도전층 또는 도전 패턴을 형성할 수 있다.
제1 연결단자(210)는 코일(230)의 일단에 제2 연결단자(220)는 코일(230)의 타단에 위치한다.
제1 연결단자(210) 및 제2 연결단자(220)는 연결부(300)와의 접속을 위해 필요한 단자이다.
코일(230)은 하나의 도선이 복수 번 권선된 코일 패턴을 형성할 수 있다. 일 실시 예에서 코일 패턴은 평면 나선 구조일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
코일부(200)는 자성 기판(100)의 상면에 직접 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 코일부(200)와 자성 기판(100) 사이에는 접착층(미도시)이 더 배치될 수 있다.
코일부(200)는 도전체를 포함할 수 있다. 도전체는 금속 또는 합금이 이용될 수 있다. 일 실시 예에서 금속은 은 또는 구리가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
코일부(200)는 송신 측으로부터 무선으로 수신한 전력을 연결부(300)에 전달할 수 있다. 코일부(200)는 송신 측으로부터 전자기 유도를 이용하여 전력을 수신할 수 있다.
연결부(300)는 제3 연결단자(310), 제4 연결단자(320), 인쇄회로기판(330)을 포함할 수 있다.
제3 연결단자(310)는 제1 연결단자(210)와 접속될 수 있고, 제4 연결단자(320)는 제2 연결단자(220)와 접속될 수 있다.
인쇄회로기판(330)은 배선층을 포함할 수 있고, 배선층은 후출할 수신회로 등이 배치될 수 있다.
연결부(300)는 수신회로(미도시)와 코일부(200) 사이를 연결하여 코일부(200)로부터 전달받은 전력을 수신회로(미도시)를 통해 부하(미도시)로 전달할 수 있다. 수신회로는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류회로 및 변환된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 부하에 전달하는 평활회로를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 3은 코일부(200)와 연결부(300)가 연결된 상태인 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 상세한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 평면도이다.
도 2는 코일부(200)와 연결부(300)가 서로 접속되어 있는 상태를 보여준다.
일 실시 예에서 코일부(200)와 연결부(300) 간의 접속은 솔더에 의해 이루어질 수 있다. 구체적으로 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 연결부(300)의 제3 연결단자(310)는 제1 솔더(10)에 의해 연결될 수 있고, 코일부(200)의 제2 연결단자(220)와 연결부(300)의 제4 연결단자(320)는 제2 솔더(20)에 의해 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 연결단자(210)는 제1 솔더(10)의 비아홀을 통해 제3 연결단자(310)와 연결될 수 있고, 제2 연결단자(220)는 제2 솔더(20)의 비아홀을 통해 제4 연결단자(320)와 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 무선 전력 장치(1000)는 단말기 등과 같은 전자기기에 내장될 수 있다.
단말기는 셀룰러 폰, PCS(Personal Communication Servie) 폰, GSM 폰, CDMA-2000 폰, WCDMA 폰과 같은 통상적인 이동 전화기, PMP(Portable Multimedia Player), PDA(Personal Digital Assistants), 스마트폰, MBS(Mobile Broadcast System) 폰 일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 무선으로 전력을 수신할 수 있는 어떠한 장치든 상관없다.
도 2에서 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'으로 자른 단면에 대한 설명은 도 3에서 한다.
도 3은 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'으로 자른 경우, 무선 전력 장치(1000)의 단면도이다.
도 3을 참고하면, 자성 기판(100) 상면에는 코일부(200)의 구성요소인 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)이 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)는 자성 기판(100)의 상면에 코일부(200)가 직접 배치되어 있어, 기존의 FPCB 상에 코일 패턴을 형성한 경우와 달리 전체적인 두께를 크게 감소시킬 수 있다.
바람직하게 자성 기판(100)의 두께는 0.43mm이고, 코일부(200)의 두께는 바람직하게 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 가질 수 있다.
즉, 코일부(200)를 도전체, 도전 패턴, 박막과 같은 형태로 구성함으로써 무선 전력 장치(1000)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이는, 요즘 휴대용 단말기와 같이 슬림화를 요구하고 있는 전자기기에 적용한다면 휴대용 단말기의 전제 두께를 감소시키면서 송신 측으로부터 전력을 수신하는데 유용한 효과를 가져올 수 있다.
코일부(200)의 상 측에는 연결부(300)가 직접 배치되어 있다. 코일부(200)의 상 측에 연결부(300)가 직접 배치됨에 따라 코일부(200)와 연결부(300)가 쉽게 접속될 수 있다.
코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 솔더(10)에 의해 연결부(300)의 제3 연결단자(310)와 접속된다.
코일부(200)의 제2 연결단자(220)는 솔더(20)에 의해 연결부(300)의 제4 연결단자(320)와 접속된다.
코일(230)의 폭(W)과 두께(T)는 소정의 값을 갖도록 설계될 수 있다. 코일(230)과 코일(230) 사이의 간격 또한, 소정의 거리 값을 갖도록 설계될 수 있다.
도 4 내지 도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(1000)의 제조 방법에 설명하기 위한 도면이다.
무선 전력 장치(1000)의 구성은 도 1 내지 도 3에서 설명한 것과 본질적으로 결합될 수 있다.
먼저, 도 4를 참고하면, 자성 기판(100)이 형성된다.
다음으로 도 5를 참고하면, 자성 기판(100)의 상면에 직접 도전체(201)를 적층된다. 일 실시 예에서는 자성 기판(100)의 상면에 접착층이 적층된 후, 도전체(201)가 적층될 수도 있다.
일 실시 예에서 자성 기판(100)의 상면에 도전체(201)를 적층시키는 방법은 도전체(201)를 소정의 온도에서 가열하고, 그 후, 소정의 압력을 가하는 라미네이팅(laminating) 공정이 사용될 수 있다. 라미네이팅(laminating) 공정이란, 열과 압력을 이용하여 서로 다른 종류의 금속박, 종이 등을 접착시키는 공정을 의미한다.
다음으로 도 6을 참고하면, 도전체(201)의 상 면에 마스크(500)가 적층된다. 마스크(500)는 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)이 형성되어 있는 위치의 상 면에만 적층될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참고하면, 도 6의 상태에서 에칭액에 담구면 마스크(500)가 위치하지 않은 홈 부분이 식각된다. 그러면, 도전체(201)는 일정한 도전 패턴을 형성하게 된다.
그 후, 마스크(500)를 제거하면, 무선 전력 장치(1000)의 코일부(200)가 형성된다.
다음으로 도 8을 참고하면, 코일부(200)와 연결부(300)가 접속되도록 솔더링 작업을 거친다.
즉, 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 연결부(300)의 제3 연결단자(310)를 솔더(10)에 의해 접속시키고, 코일부(200)의 제2 연결단자(200)와 연결부(300)의 제4 연결단자(320)를 솔더(20)에 의해 접속시킨다.
상기와 같이 자성 기판(100) 상 면에 직접 코일부(200)를 배치시킴으로써, 무선 전력 장치(1000)의 전체 두께를 크게 감소시킬 수 있고, 라미네이팅과 에칭 과정만을 통해 무선 전력 장치(1000)를 제조할 수 있어 공정이 단순화되는 효과가 있다.
다음으로 도 9 내지 도 28을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치를 사용하여 실험한 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다.
시뮬레이션 결과들은 도 1에서 설명한 코일(230)만을 이용하여 얻어진 결과이다.
즉, 이하의 시뮬레이션 결과들은 도 9에 도시된 바와 같이 코일(230)만을 사용하여, 얻어진 결과임을 전제한다. 도 9를 참조하면, 코일(230)의 두께(T)에 대해 도시되어 있다.
또한, 도 9에서 사용한 코일(230)의 턴수는 14이며, 코일(230)의 지름은 38.5mm이고, 코일(230)의 도선 간격은 0.09mm이고, 사용 주파수는 120KHz에서 170KHz이다.
또한, 코일(230)은 무선으로 전력을 수신하는 수신 장치에 포함될 수도 있고, 무선으로 전력을 전송할 수 있는 송신 장치에도 포함될 수 있다. 이 경우, 코일(230)은 전자기 유도를 이용하여 전력을 송신 또는 수신 할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 코일(230)은 스파이럴 타입의 구조를 갖는다. 그러나, 이에 한정될 필요는 없다. 도 1에서 도시된 코일(230)은 도 9에 도시된 코일(230)로 대체될 수 있다.
도 10 내지 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일(230)을 이용하여, 얻어진 결과인 코일(230)의 두께와 Q값의 관계, 코일(230)의 두께와 자기장의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 내지 도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일(230)을 이용하여, 주파수에 따른 코일(230)의 두께 및 Q값의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 코일(230)은 그 두께가 0.1mm 에서 0.15mm의 범위를 갖는 경우, Q값이 커져 전력 전송 효율을 크게 향상될 수 있다. Q 값은 동작 주파수, 코일의 형상, 치수, 소재 등에 따라 달라질 수 있다. Q 값이 클수록 코일(230)이 축적할 수 있는 에너지의 양이 많아져 전력 전송 효율이 높아질 수 있다.
코일(230)의 인덕턴스, 저항 및 Q 값의 관계식은 다음의 [수학식 1]을 통해 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Q=w*L/R
[수학식 1]에서 w는 전력 전송 시 사용되는 주파수이고, L은 코일(230)의 인덕턴스, R은 코일(230)의 저항을 나타낸다.
[수학식 1]에서 확인할 수 있듯이, 코일(230)의 인덕턴스는 그 값이 증가할수록 Q값이 높아진다. Q값이 증가하면, 전력 전송 효율이 좋아질 수 있다. 코일(230)의 저항은 코일(230) 자체에서 발생하는 전력 손실량을 수치화한 것이며, 그 값이 작을수록 Q 값이 증가하고, 그 값이 클수록 Q 값이 감소한다.
도 10은 코일(230)의 두께(T)가 0.07mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 11은 코일(230)의 두께(T)가 0.07mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 12는 코일(230)의 두께(T)가 0.09mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 13은 코일(230)의 두께(T)가 0.09mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 14는 코일(230)의 두께(T)가 0.1mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 15는 코일(230)의 두께(T)가 0.1mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 12와 도 14의 표를 비교하면, 각 주파수에서 품질 지수(Q)는 코일(230)의 두께가 0.1mm인 경우, 0.09mm에 비해 커짐을 확인할 수 있다. 구체적으로, 120KHz의 주파수에서, Q값은 11.17에서 11.66으로 0.49만큼 증가했고, 130KHz의 주파수에서, Q값은 11.39에서 11.93으로 0.54만큼 증가했고, 140KHz의 주파수에서, Q값은 11.79에서 12.17로 0.38만큼 증가했고, 150KHz의 주파수에서, Q값은 11.95에서 12.29로 0.34만큼 증가했고, 160KHz의 주파수에서, Q값은 12.08에서 12.38로 0.3만큼 증가했고, 170KHz의 주파수에서, Q값은 12.46에서 12.66으로 0.2만큼 증가한 것을 확인할 수 있다. Q값이 증가하면, 전력 전송 효율이 향상되므로, 코일(230)의 두께가 0.1mm인 경우, 코일(230)의 두께가 0.09mm인 경우에 비해 전력 전송 효율이 좋아짐을 확인할 수 있다.
도 13과 도 15에 도시된 자기장의 방사 패턴을 보여주는 H-Field를 비교하면, H-Field에서 색이 더 진할수록 자기장의 세기가 강한 것을 의미하므로, 코일(230)의 두께가 0.1mm인 경우, 코일(230)의 두께가 0.09mm인 경우에 비해 코일(230) 근처에서 형성되는 자기장의 세기가 더 강한 것을 확인할 수 있다. 코일(230)은 자기장에 의해 전력을 송수신하므로, 자기장의 세기가 강할수록 전력 전송 효율이 좋아진다. 따라서, 코일(230)의 두께가 0.1mm인 경우, 코일(230)의 두께가 0.09mm인 경우에 비해 전력 전송 효율이 좋아짐을 확인할 수 있다.
즉, 코일(230)의 두께가 0.1mm를 기점으로 이보다 더 얇아지면, Q값이 작아지고, 자기장의 세기도 약해지므로, 전력 전송 효율이 저하됨을 알 수 있다.
도 16은 코일(230)의 두께(T)가 0.14mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 17은 코일(230)의 두께(T)가 0.14mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
무선 전력 장치의 코일(230)의 두께가 0.14mm인 경우, 다른 실험자료에 비해 Q값이 가장 크고, 자기장 또한, 가장 강하게 형성된다. 구체적으로, 도 16을 참조하면, 120KHz의 주파수에서, Q값은 12.06이고, 130KHz의 주파수에서, Q값은 12.22고, 140KHz의 주파수에서, Q값은 12.35이고, 150KHz의 주파수에서, Q값은 12.46이고, 160KHz의 주파수에서, Q값은 12.58이고, 170KHz의 주파수에서, Q값은 12.66으로 코일(230)의 두께가 0.14mm인 경우, Q값이 가장 크다.
또한, 도 17을 참조하면, 코일(230) 근처에서 자기장의 세기가 다른 두께에 대한 결과에 비해 가장 강하게 형성됨을 확인할 수 있다.
즉, 코일(230)의 두께가 0.14mm인 경우, Q값이 가장 크고, 방사되는 자기장의 세기가 가장 크므로, 전력 전송 효율이 가장 좋은 특성을 갖는다.
도 18은 코일(230)의 두께(T)가 0.15mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 19는 코일(230)의 두께(T)가 0.15mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 20은 코일(230)의 두께(T)가 0.16mm인 경우, 주파수에 따른 코일(230)의 저항(단위: 옴), 자기 인덕턴스(단위: uH) 및 품질 지수(Q)의 변화를 보여주는 표이고, 도 21은 코일(230)의 두께(T)가 0.16mm인 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 18과 도 20의 표를 비교하면, 각 주파수에서 품질 지수(Q)는 코일(230)의 두께가 0.16mm인 경우, 0.15mm에 비해 작아짐을 확인할 수 있다. 구체적으로, 120KHz의 주파수에서, Q값은 12.01에서 11.52로 0.49만큼 감소했고, 130KHz의 주파수에서, Q값은 12.17에서 11.75로 0.52만큼 감소했고, 140KHz의 주파수에서, Q값은 12.30에서 11.98로 0.32만큼 감소했고, 150KHz의 주파수에서, Q값은 12.41에서 12.20로 0.21만큼 감소했고, 160KHz의 주파수에서, Q값은 12.50에서 12.28로 0.22만큼 감소했고, 170KHz의 주파수에서, Q값은 12.60에서 12.39로 0.21만큼 감소한 것을 확인할 수 있다. Q값이 감소하면, 전력 전송 효율이 저하되므로, 코일(230)의 두께가 0.16mm인 경우, 코일(230)의 두께가 0.16mm인 경우에 비해 전력 전송 효율이 저하됨을 확인할 수 있다.
도 19와 도 21에 도시된 자기장의 방사 패턴을 보여주는 H-Field를 비교하면, H-Field에서 색이 더 진할수록 자기장의 세기가 강한 것을 의미하므로, 코일(230)의 두께가 0.16mm인 경우, 코일(230)의 두께가 0.15mm인 경우에 비해 코일(230) 근처에서 형성되는 자기장의 세기가 더 약한 것을 확인할 수 있다. 코일(230)은 자기장에 의해 전력을 송수신하므로, 자기장의 세기가 약할수록 전력 전송 효율은 저하된다. 따라서, 코일(230)의 두께가 0.16mm인 경우, 코일(230)의 두께가 0.15mm인 경우에 비해 전력 전송 효율이 나빠짐을 확인할 수 있다.
즉, 코일(230)의 두께가 0.15mm를 기점으로 이보다 더 두꺼워지면, Q값이 작아지고, 자기장의 세기도 약해지므로, 전력 전송 효율이 저하됨을 알 수 있다.
이와 같이, 코일(230)의 두께가 0.1mm를 기점으로 두께가 이보다 얇아지면, 전력 전송 효율이 저하되고, 0.15mm를 기점으로 두께가 이보다 두꺼워지면, 전력 전송 효율이 저하된다. 따라서, 코일(230)의 두께가 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 갖는 경우, 전력 전송 효율이 최적화된다. 특히, 코일(230)의 두께가 0.14mm인 경우, 전력 전송 효율이 가장 높아진다.
도 22는 코일(230)의 두께가 0.07mm 내지 0.16mm인 경우, 주파수에 따른 품질 지수(Q)의 관계를 보여주는 도면이다. 이 경우, 코일(230)의 두께만 다르고, 코일(230) 턴수, 코일(230)의 지름, 코일(230)의 도선 간격은 모두 동일하고, 각 수치는 위에서 설명한 것과 같다.
도 22를 참조하면, 코일(230)의 두께가 0.1mm 내지 0.15mm의 범위에서 Q값이 상기 범위 이외의 Q값보다 큰 것을 확인할 수 있다.
도 23 내지 도 28은 코일(230)의 두께가 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 갖는 경우, 전력 전송 효율이 최적화됨을 보여주기 위한 도면으로, 주파수에 따른 코일(230)의 두께 및 Q값의 관계를 보여준다.
도 23 내지 도 28의 그래프는 도 10, 12, 14, 16, 18, 20의 표에 나타난 데이터를 기준으로 만들어졌다.
도 23은 무선 전력 전송에 사용하는 주파수가 120KHz인 경우로, 코일(230)의 두께가 0.1mm를 기점으로 Q값의 증가 폭이 커지고, 코일(230)의 두께가 0.14mm일 때, Q값이 최대가 되며, 0.15mm를 기점으로 Q값의 감소 폭이 커짐을 확인할 수 있다.
도 24에 도시된 무선 전력 전송에 사용하는 주파수가 130KHz인 경우, 도 25에 도시된 무선 전력 전송에 사용하는 주파수가 140KHz인 경우, 도 26에 도시된 무선 전력 전송에 사용하는 주파수가 150KHz인 경우, 도 27에 도시된 무선 전력 전송에 사용하는 주파수가 160KHz인 경우, 도 28에 도시된 무선 전력 전송에 사용하는 주파수가 170KHz인 경우, 또한, 도 23과 같은 Q값의 경향을 나타내고 있다.
즉, 코일(230)의 두께가 0.1mm 내지 0.15mm 인 경우, 다른 두께 범위에 비해 Q값이 크며, 전력 전송 효율이 좋음을 확인할 수 있다. 특히, 코일(230)의 두께가 0.14mm인 경우, Q값이 가장 커, 전력 전송 효율이 가장 좋음을 확인할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.
10: 제1 솔더
20: 제2 솔더
100: 자성 기판
110: 자성체
120: 지지체
130: 수용영역
140: 패턴 홈
200: 코일부
201: 도전체
210: 제1 연결단자
220: 제2 연결단자
230: 코일
300: 연결부
310: 제3 연결단자
320: 제4 연결단자
330: 인쇄회로기판
500: 마스크
1000: 무선 전력 장치

Claims (9)

  1. 자성 기판;
    상기 자성 기판의 일면에 배치되고, 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 코일, 상기 코일의 일단에 위치하는 제1 연결단자 및 상기 코일의 타단에 위치하는 제2 연결단자를 포함하는 코일부; 및
    상기 제1 연결단자와 접속되는 제3 연결단자, 상기 제2 연결단자와 접속되는 제4 연결단자 및 상기 제3 연결단자와 제4 연결단자에 연결되는 배선층을 갖는 인쇄회로기판을 포함하는 연결부를 포함하며,
    상기 코일의 두께는 0.1mm 내지 0.15mm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 스파이럴 타입의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력에 사용된 주파수는 120KHz 내지 170KHz 범위에 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 전자기 유도 또는 공진을 이용하여 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 상기 자성 기판의 상에 직접 배치된 도전 패턴 또는 도전층 인 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기판은 센더스트 타입의 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 코일부의 상 측에 배치되며,
    상기 제1 연결단자와 제3 연결단자 및 상기 제2 연결단자와 제4 연결단자는 솔더에 의해 접속된 것을 특징으로 하는 무선 전력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 장치가 내장된 단말기.
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