WO2021101328A1 - 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 - Google Patents

무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 Download PDF

Info

Publication number
WO2021101328A1
WO2021101328A1 PCT/KR2020/016500 KR2020016500W WO2021101328A1 WO 2021101328 A1 WO2021101328 A1 WO 2021101328A1 KR 2020016500 W KR2020016500 W KR 2020016500W WO 2021101328 A1 WO2021101328 A1 WO 2021101328A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
wireless charging
charging device
coil
heat dissipation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2020/016500
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김태경
김나영
최종학
이승환
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKC Co Ltd
Original Assignee
SKC Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKC Co Ltd filed Critical SKC Co Ltd
Priority to EP20890190.0A priority Critical patent/EP4064304A4/en
Priority to US17/777,844 priority patent/US12454188B2/en
Priority to CN202080080925.5A priority patent/CN114730657B/zh
Priority to JP2022527047A priority patent/JP7638275B2/ja
Publication of WO2021101328A1 publication Critical patent/WO2021101328A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to JP2024175190A priority patent/JP2025004136A/ja
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/302—Cooling of charging equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/025—Constructional details relating to cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/361—Electric or magnetic shields or screens made of combinations of electrically conductive material and ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the embodiment relates to a wireless charging device and a moving means including the same. More specifically, the embodiment relates to a wireless charging device with improved charging efficiency by applying a heat dissipation structure, and a moving means such as an electric vehicle including the same.
  • the wireless power transmission power is wirelessly transmitted through space using an electromagnetic field resonance structure such as inductive coupling, capacitive coupling, or an antenna without physical contact between a transmitter supplying power and a receiver receiving power.
  • an electromagnetic field resonance structure such as inductive coupling, capacitive coupling, or an antenna without physical contact between a transmitter supplying power and a receiver receiving power.
  • the wireless power transmission is suitable for portable communication devices, electric vehicles, etc. that require a large-capacity battery, and since the contact point is not exposed, there is little risk of a short circuit, and a wired charging failure phenomenon can be prevented.
  • Patent Document 1 Korean Patent Application Publication No. 2011-0042403
  • a magnetic part 300 ′ is disposed adjacent to the coil part 200 ′ to improve wireless charging efficiency, and a shield part for electromagnetic shielding ( 400 ′) is disposed to be spaced apart from the magnetic part 300 ′ by a predetermined distance.
  • the wireless charging device generates heat due to the resistance of the coil unit and the magnetic loss of the magnetic unit during the wireless charging operation.
  • the magnetic part in the wireless charging device generates heat near the coil part with high electromagnetic wave energy density, and the generated heat changes the magnetic properties of the magnetic part, causing impedance mismatch between the transmitter and the receiver, reducing charging efficiency.
  • the fever worsened again.
  • a wireless charging device since such a wireless charging device is installed under the electric vehicle, it is difficult to implement a heat dissipation structure because it employs a sealed structure for dustproof, waterproof, and shock absorption.
  • the object of the embodiment is to provide a wireless charging device and a moving means including the same with effective heat dissipation.
  • the coil unit including a conductive wire; A shield part disposed on the coil part; A magnetic portion disposed between the coil portion and the shield portion; And an insulating heat dissipation part disposed inside the magnetic part or between the magnetic part and the coil part.
  • a moving means including a wireless charging device, the wireless charging device comprising: a housing; A coil unit disposed in the housing and including a conductive wire; A shield part disposed on the coil part; A magnetic portion disposed between the coil portion and the shield portion; And an insulating heat dissipation part disposed inside the magnetic part or between the magnetic part and the coil part.
  • the wireless charging device may effectively dissipate heat by providing a heat dissipation unit near the coil unit or the magnetic unit that generates heat.
  • the heat dissipation unit is disposed between the magnetic unit and the coil unit to simultaneously process heat generated from the magnetic unit and the coil unit, or is disposed inside the magnetic unit to generate inside the magnetic unit. Can handle heat effectively.
  • the heat dissipation unit may be connected to the shield unit to effectively discharge heat to the outside.
  • the wireless charging device can be usefully used in a mobile means such as an electric vehicle that requires a large amount of power transmission between a transmitter and a receiver.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • FIGS. 2A to 2C show various examples of cross-sectional views of a wireless charging device.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a conventional wireless charging device.
  • FIG. 4 shows an electric vehicle to which a wireless charging device is applied as a receiver.
  • one component is formed above or below another component, in which one component is directly above or below another component, or indirectly through another component. It includes all that are formed by.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a wireless charging device according to an embodiment.
  • a wireless charging device 10 includes a coil unit 200 including a conductive wire; A shield part 400 disposed on the coil part 200; A magnetic part 300 disposed between the coil part 200 and the shield part 400; And an insulating heat dissipation part 500 disposed inside the magnetic part 300 or between the magnetic part 300 and the coil part 200.
  • the coil part includes a conductive wire.
  • the conductive wire includes a conductive material.
  • the conductive wire may include a conductive metal.
  • the conductive wire may include at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, gold, silver, zinc, and tin.
  • the conductive wire may have an insulating sheath.
  • the insulating shell may include an insulating polymer resin.
  • the insulating shell may include polyvinyl chloride (PVC) resin, polyethylene (PE) resin, Teflon resin, silicone resin, polyurethane resin, and the like.
  • the diameter of the conductive wire may be, for example, in the range of 1 mm to 10 mm, in the range of 1 mm to 5 mm, or in the range of 1 mm to 3 mm.
  • the conductive wire may be wound in a flat coil shape.
  • the planar coil may include a planar spiral coil.
  • the planar shape of the coil may be a circular shape, an oval shape, a polygonal shape, or a polygonal shape having rounded corners, but is not particularly limited.
  • the outer diameter of the flat coil may be 5 cm to 100 cm, 10 cm to 50 cm, 10 cm to 30 cm, 20 cm to 80 cm, or 50 cm to 100 cm.
  • the planar coil may have an outer diameter of 10 cm to 50 cm.
  • the inner diameter of the flat coil may be 0.5 cm to 30 cm, 1 cm to 20 cm, or 2 cm to 15 cm.
  • the number of windings of the flat coil may be 5 to 50 times, 10 to 30 times, 5 to 30 times, 15 to 50 times, or 20 to 50 times.
  • the planar coil may be formed by winding the conductive wire 10 to 30 times.
  • the spacing between the conductive wires in the planar coil shape may be 0.1 cm to 1 cm, 0.1 cm to 0.5 cm, or 0.5 cm to 1 cm.
  • the shield part is disposed on the coil part.
  • the shield unit suppresses electromagnetic interference (EMI) that may occur due to leakage of electromagnetic waves to the outside through electromagnetic wave shielding.
  • EMI electromagnetic interference
  • the shield part may be disposed to be spaced apart from the coil part by a predetermined distance.
  • the separation distance between the shield part and the coil part may be 10 mm or more or 15 mm or more, and specifically 10 mm to 30 mm, or 10 mm to 20 mm.
  • the material of the shield part may be, for example, metal, and accordingly, the shield part may be a metal plate, but is not particularly limited.
  • the material of the shield unit may be aluminum, and other metal or alloy material having electromagnetic wave shielding ability may be used.
  • the thickness of the shield portion may be 0.2 mm to 10 mm, 0.5 mm to 5 mm, or 1 mm to 3 mm.
  • an area of the shield part may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
  • the magnetic part is disposed between the coil part and the shield part.
  • the magnetic part may be disposed to be spaced apart from the shield part by a predetermined distance.
  • a separation distance between the magnetic part and the shield part may be 3 mm or more, 5 mm or more, 3 mm to 10 mm, or 4 mm to 7 mm.
  • the magnetic part may be disposed to be spaced apart from the coil part by a predetermined distance.
  • the separation distance between the magnetic part and the coil part may be 0.2 mm or more, 0.5 mm or more, 0.2 mm to 3 mm, or 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the magnetic part may be a polymer type magnetic material including a binder resin and magnetic powder.
  • the magnetic part may include a metallic magnetic material, for example, a nanocrystalline magnetic material.
  • the magnetic part may be a composite of the polymeric magnetic material and the nanocrystalline magnetic material.
  • the magnetic part may include a polymer magnetic material, and specifically may include a binder resin and magnetic powder dispersed in the binder resin.
  • magnetic powders are bonded to each other by the binder resin, so that defects may be reduced over a large area and damage due to impact may be reduced.
  • the magnetic powder may be an oxide-based magnetic powder such as ferrite (Ni-Zn-based, Mg-Zn-based, Mn-Zn-based ferrite, etc.); Metallic magnetic powder such as permalloy, sanddust, and nanocrystalline magnetic material; Or it may be a mixture of these powders. More specifically, the magnetic powder may be sandblast particles having an Fe-Si-Al alloy composition.
  • the magnetic powder may have a composition represented by Formula 1 below.
  • X is Al, Cr, Ni, Cu, or a combination thereof
  • Y is Mn, B, Co, Mo, or a combination thereof
  • the average particle diameter of the magnetic powder may be in the range of about 3 nm to about 1 mm, about 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, or about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the polymeric magnetic material may contain the magnetic powder in an amount of 50% by weight or more, 70% by weight or more, or 85% by weight or more.
  • the polymeric magnetic material contains 50% to 99% by weight, 70% to 95% by weight, 70% to 90% by weight, 75% to 90% by weight, 75% to 95% by weight of the magnetic powder. It may be included in an amount of wt%, 80 wt% to 95 wt%, or 80 wt% to 90 wt%.
  • the binder resin may be a curable resin.
  • the binder resin may include a photocurable resin, a thermosetting resin, and/or a high heat-resistant thermoplastic resin, and preferably a thermosetting resin.
  • a resin capable of being cured and exhibiting adhesiveness as described above it includes at least one functional group or moiety capable of curing by heat such as a glycidyl group, an isocyanate group, a hydroxyl group, a carboxyl group or an amide group; Or it contains one or more functional groups or moieties that can be cured by active energy such as an epoxide group, a cyclic ether group, a sulfide group, an acetal group or a lactone group. You can use the resin.
  • a functional group or moiety may be, for example, an isocyanate group, a hydroxyl group or a carboxyl group.
  • the curable resin may be a polyurethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, an isocyanate resin, or an epoxy resin having at least one or more functional groups or moieties as described above, but is not limited thereto.
  • the binder resin may include a polyurethane-based resin, an isocyanate-based curing agent, and an epoxy-based resin.
  • the polymeric magnetic material may contain the binder resin in an amount of 5% to 40% by weight, 5% to 20% by weight, 5% to 15% by weight, or 7% to 15% by weight.
  • the high molecular weight magnetic body is, based on its weight, as the binder resin, 6% to 12% by weight of a polyurethane-based resin, 0.5% to 2% by weight of a isocyanate-based curing agent, and 0.3% to 1.5% by weight % Epoxy resin.
  • the polymeric magnetic material can be prepared by a sheeting process such as mixing magnetic powder and a polymeric resin composition into a slurry, molding into a sheet, and curing.
  • a sheeting process such as mixing magnetic powder and a polymeric resin composition into a slurry, molding into a sheet, and curing.
  • Blocks can be manufactured by molding using a mold.
  • a conventional sheeting or blocking method may be applied to the manufacturing method.
  • the magnetic part may include a nanocrystalline magnetic material.
  • the coil unit's quality factor Q factor: Ls/Rs
  • Ls coil unit's inductance
  • the nanocrystalline magnetic material may be an Fe-based nanocrystalline magnetic material, specifically, a Fe-Si-Al-based nanocrystalline magnetic material, a Fe-Si-Cr-based nanocrystalline magnetic material, or a Fe-Si-B It may be a Cu-Nb-based nanocrystalline magnetic material.
  • the nanocrystalline magnetic material may be a Fe-Si-B-Cu-Nb-based nanocrystalline magnetic material, in which case, Fe is 70 element% to 85 element%, and the sum of Si and B is 10 element% To 29 element%, and the sum of Cu and Nb may be 1 element% to 5 element% (here, the element% means the percentage of the number of specific elements relative to the total number of elements).
  • the Fe-Si-B-Cu-Nb-based alloy can be easily formed into a nanocrystalline magnetic material by heat treatment.
  • the nanocrystalline magnetic material is prepared by, for example, a rapid cooling solidification method (RSP) by melt spinning of an Fe-based alloy, and no magnetic field for 30 minutes to 2 hours at a temperature range of 300° C. to 700° C. to obtain a desired magnetic permeability. It can be manufactured by performing heat treatment.
  • RSP rapid cooling solidification method
  • the heat treatment temperature is less than 300°C, nanocrystals are not sufficiently formed, so that the desired permeability is not obtained, and the heat treatment time may take a long time, and if the heat treatment temperature exceeds 700°C, the permeability may be significantly lowered by superheat treatment.
  • the heat treatment temperature is low, it takes a long treatment time, and on the contrary, if the heat treatment temperature is high, the treatment time is preferably shortened.
  • the nanocrystalline magnetic material is difficult to make a thick thickness in a manufacturing process, and may be formed as a thin film sheet having a thickness of, for example, 15 ⁇ m to 35 ⁇ m. Therefore, it is possible to form a magnetic portion by stacking several such thin-film sheets. In this case, an adhesive layer such as an adhesive tape may be inserted between the thin film sheets.
  • the nanocrystalline magnetic material may be crushed by a pressure roll or the like at the rear end of the manufacturing process to form a plurality of cracks in the thin film sheet, thereby manufacturing a plurality of nanocrystalline fine pieces.
  • the magnetic portion may be a magnetic sheet, a magnetic sheet stack, or a magnetic block.
  • the magnetic part may have a large area, and specifically, may have an area of 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more. In addition, the magnetic part may have an area of 10,000 cm 2 or less.
  • the large-area magnetic unit may be configured by combining a plurality of unit magnetic bodies, and in this case, the area of the unit magnetic body may be 60 cm 2 or more, 90 cm 2 , or 95 cm 2 to 900 cm 2 .
  • the thickness of the magnetic sheet may be 15 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or more, 80 ⁇ m or more, 15 ⁇ m to 150 ⁇ m, 15 ⁇ m to 35 ⁇ m, or 85 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • Such a magnetic sheet may be manufactured by a method of manufacturing a conventional film or sheet.
  • the stacked body of the magnetic sheet may be a stack of 20 or more magnetic sheets, or 50 or more magnetic sheets.
  • the stacked body of the magnetic sheet may be a stack of 150 or less, or 100 or less magnetic sheets.
  • the thickness of the magnetic block may be 1 mm or more, 2 mm or more, 3 mm or more, or 4 mm or more. In addition, the thickness of the magnetic block may be 6 mm or less.
  • the magnetic unit may have a certain level of magnetic characteristics in the vicinity of a standard frequency for wireless charging of an electric vehicle.
  • the standard frequency of wireless charging of the electric vehicle may be less than 100 kHz, for example, 79 kHz to 90 kHz, specifically 81 kHz to 90 kHz, and more specifically about 85 kHz, which may be used in mobile electronic devices such as mobile phones. It is a band that is distinct from the applied frequency.
  • the magnetic permeability at a frequency of 85 kHz may vary depending on the material, but may be 5 or more, for example, 5 to 150,000, and may be 5 to 300, 500 to 3,500, or 10,000 to 150,000, depending on the specific material.
  • the investment loss at the frequency of 85 kHz of the magnetic part may vary depending on the material, but may be 0 or more, for example, 0 to 50,000, and 0 to 1,000, 1 to 100, 100 to 1,000, or 5,000 to Can be 50,000.
  • the magnetic part when the magnetic part is a polymer magnetic block containing magnetic powder and a binder resin, the magnetic permeability may be 5 to 130, 15 to 80, or 10 to 50 at a frequency of 85 kHz, and the investment loss is 0 to 20 , 0 to 15, or may be 0 to 5.
  • the magnetic permeability may be 1,000 to 5,000, or 2,000 to 4,000 at a frequency of 85 kHz, and the investment loss may be 0 to 1,000, 0 to 100, or 0 to 50. have.
  • the magnetic permeability at a frequency of 85 kHz may be 500 to 3,000, or 10,000 to 150,000, and the investment loss may be 100 to 1,000, or 8,000 to 50,000. have.
  • the magnetic part may include a polymer type magnetic material, and the polymer type magnetic material may be elongated at a predetermined ratio.
  • the elongation rate of the polymer magnetic material may be 0.5% or more.
  • the elongation property is difficult to obtain in a ceramic-based magnetic material to which a polymer is not applied, and damage can be reduced even if a large-area magnetic portion is distorted by an impact.
  • the elongation rate of the polymer magnetic material may be 0.5% or more, 1% or more, or 2.5% or more.
  • the elongation is preferably 10% or less.
  • the magnetic part Since the magnetic part has superior impact resistance compared to a general sintered ferrite magnetic body, there is little change in characteristics according to the impact of the wireless charging device using the magnetic part.
  • the rate of change in properties before and after impact (%) can be calculated by the following equation.
  • Characteristic change rate (%)
  • the inductance change rate in the wireless charging device using the magnetic portion before and after the impact may be less than 5% or 3% or less. More specifically, the inductance change rate may be 0% to 3%, 0.001% to 2%, or 0.01% to 1.5%.
  • the rate of change of the quality factor (Q factor) in the wireless charging device using the magnetic part before and after the impact is 0% to 5%, 0.001% to 4%, Alternatively, it may be 0.01% to 2.5%.
  • the resistance change rate in the wireless charging device using the magnetic part before and after the impact is 0% to 2.8%, 0.001% to 1.8%, or 0.1% to 1.0 It can be %.
  • the rate of change in charging efficiency in the wireless charging device using the magnetic part before and after the impact is 0% to 6.8%, 0.001% to 5.8%, or 0.01% to It could be 3.4%.
  • the performance of the wireless charging device can be well maintained at a certain level even in an environment where actual shock or vibration is repeatedly applied.
  • the wireless charging device may effectively discharge heat by providing a heat dissipation unit near the magnetic unit or coil unit that generates heat.
  • the radiating part 500 may be disposed between the magnetic part 300 and the coil part 200.
  • the radiating part 500 may be disposed between the magnetic part 300 and the coil part 200.
  • the radiating part 500 may be disposed inside the magnetic part 300.
  • the radiating part 500 may be disposed inside the magnetic part 300.
  • the structure in which the heat dissipation part is disposed inside the magnetic part may be variously designed.
  • the heat dissipation part may be inserted after molding a polymer-type magnetic body through a mold so as to have an inner space into which the heat dissipation part is inserted.
  • a magnetic sheet laminate having a heat radiating part inserted therein may be manufactured.
  • the heat dissipation unit may be selectively disposed in a portion where heat is generated.
  • the heat dissipation part 500 may be disposed corresponding to a region in which the coil part 200 exists. Accordingly, the heat dissipation unit can effectively improve charging efficiency and heat dissipation characteristics even with a small area.
  • the heat dissipation unit may effectively discharge heat by directly contacting a portion where heat is generated.
  • the heat dissipation part may directly contact at least one of the magnetic part and the conductive wire.
  • the heat dissipation part 500 may directly contact the magnetic part 300.
  • the heat dissipation unit may be attached to a heat generating portion by a thermally conductive adhesive.
  • the heat dissipation part may be attached to the magnetic part by a thermally conductive adhesive.
  • the thermally conductive adhesive may include a thermally conductive material such as metal, carbon, ceramic, etc., and may be, for example, an adhesive resin in which thermally conductive particles are dispersed.
  • the heat dissipation part may be thermally connected to the shield part in order to effectively discharge heat generated from the magnetic part or the coil part to the outside.
  • the heat dissipation unit may be connected to the shield unit directly or through a thermally conductive medium.
  • the heat dissipation part 500 may be connected to the shield part 400 through a thermally conductive medium 550.
  • the thermally conductive medium may be composed of the same component as the heat dissipation unit or a different component.
  • the thermally conductive medium may be made of a ceramic material or a carbon-based material.
  • the thermally conductive medium may be made of the same material as the shield part, and may be made of, for example, aluminum.
  • the heat dissipation unit may include a binder resin and insulating inorganic particles dispersed in the binder resin.
  • binder resin polyimide resin, polyamide resin, polycarbonate resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, polyphenyl sulfide (PSS) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, silicone resin, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, isocyanate resin, epoxy resin, etc.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PES polyphenyl sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • the binder resin may be a curable resin.
  • the binder resin may be a photocurable resin and/or a thermosetting resin, and in particular, may be a resin capable of being cured to exhibit adhesiveness.
  • the binder resin includes at least one functional group or moiety capable of curing by heat such as a glycidyl group, an isocyanate group, a hydroxyl group, a carboxyl group or an amide group; Or it contains one or more functional groups or moieties that can be cured by active energy such as an epoxide group, a cyclic ether group, a sulfide group, an acetal group or a lactone group. You can use the resin.
  • Such a functional group or moiety may be, for example, an isocyanate group, a hydroxyl group, or a carboxyl group.
  • the binder resin may be one or more of a silicone resin and an acrylic resin.
  • the insulating inorganic particles may include a non-carbonous inorganic material. That is, the insulating inorganic particles are preferably not carbon-based fillers such as graphite or carbon nanotubes.
  • the insulating inorganic particles may include ceramic particles.
  • the insulating inorganic particles may include metal oxides or nitrides.
  • the insulating inorganic particles may include at least one selected from the group consisting of silica, alumina, boron nitride, aluminum nitride, and magnesium oxide.
  • the content of the insulating inorganic particles in the heat dissipation unit may be 70% to 90% by weight, 70% to 85% by weight, or 75% to 90% by weight. When the content of the insulating inorganic particles is within the above preferred range, it may be more advantageous in terms of thermal conductivity.
  • the heat dissipation unit may have a sheet shape or a ribbon shape.
  • the heat dissipation part may have the same area as the magnetic part, or may have a different area than the magnetic part.
  • the heat dissipation part may have a large area like the magnetic part.
  • the area of the radiating part may be 200 cm 2 or more, 400 cm 2 or more, or 600 cm 2 or more.
  • the area of the heat dissipation part may be 10,000 cm 2 or less.
  • the heat dissipation part may have an area smaller than that of the magnetic part.
  • the heat dissipation part may have an area corresponding to the area of the coil part.
  • the heat dissipation part may have a thickness of 0.1 mm to 10 mm, or 1 mm to 5 mm.
  • the thickness of the heat dissipation part may be smaller than the thickness of the magnetic part.
  • the thickness of the heat dissipation part may be 1/50 to 1/2, 1/10 to 1/2, or 1/5 to 1/3 of the thickness of the magnetic part.
  • the heat dissipation part has insulation and thermal conductivity.
  • the sheet resistance of the heat dissipation unit may be 10 4 ⁇ /sq or more, specifically 10 6 ⁇ /sq or more.
  • the thermal conductivity of the heat dissipation unit may be 1 W/m ⁇ K or more, specifically 3 W/m ⁇ K or more, and more specifically 3 W/m ⁇ K to 30 W/m ⁇ K.
  • the heat dissipation unit may have a sheet resistance of 10 4 ⁇ /sq or more and a thermal conductivity of 1 W/m ⁇ K or more.
  • the thermal conductivity may be horizontal thermal conductivity.
  • the wireless charging device may further include a housing accommodating the above-described components.
  • the housing allows constituent elements such as the coil part, the shield part, and the magnetic part to be properly arranged and assembled.
  • the material and structure of the housing may employ a material and structure of a conventional housing used in a wireless charging device, and may be appropriately designed according to the components included therein.
  • a wireless charging device 10 includes a housing 600; A coil part 200 disposed in the housing 600 and including a conductive wire; A shield part 400 disposed on the coil part 200; A magnetic part 300 disposed between the coil part 200 and the shield part 400; And an insulating heat dissipating part 500 disposed inside the magnetic part 300 or between the magnetic part and the coil part 200.
  • the wireless charging device 10 may further include a support part 100 supporting the coil part.
  • the material and structure of the support part may be a material and structure of a conventional support part used in a wireless charging device.
  • the support part may have a flat plate structure or a structure in which grooves are formed along the shape of the coil part to fix the coil part.
  • the wireless charging device may further include a spacer for securing a space between the shield part and the magnetic part.
  • the material and structure of the spacer may be a material and structure of a conventional spacer used in a wireless charging device.
  • FIG. 4 shows a moving means to which a wireless charging device is applied, specifically an electric vehicle, and may be wirelessly charged in a parking area equipped with a wireless charging system for an electric vehicle by providing a wireless charging device at the bottom.
  • the moving means 1 includes a wireless charging device according to the embodiment as a receiver 21.
  • the wireless charging device serves as a wireless charging receiver 21 of the moving means 1 and can receive power from the wireless charging transmitter 22.
  • the moving means includes a wireless charging device, and the wireless charging device includes a housing; A coil unit disposed in the housing and including a conductive wire; A shield part disposed on the coil part; A magnetic portion disposed between the coil portion and the shield portion; And an insulating heat dissipation part disposed inside the magnetic part or between the magnetic part and the coil part.
  • the moving means may further include a battery receiving power from the wireless charging device.
  • the wireless charging device may receive power wirelessly and transmit it to the battery, and the battery may supply power to a drive system of the moving means.
  • the battery may be charged by power delivered from the wireless charging device or other additional wired charging device.
  • the moving means may further include a signal transmitter for transmitting information on charging to a transmitter of a wireless charging system for a moving means.
  • Information on such charging may include charging efficiency such as charging speed, charging status, and the like.
  • the magnetic powder slurry prepared above was coated on a carrier film by a comma coater, and dried at a temperature of about 110° C. to form a polymer-type magnetic body.
  • the polymeric magnetic material was compression-cured by a hot press process for about 60 minutes at a temperature of about 170° C. and a pressure of about 9 Mpa to obtain a sheet.
  • the magnetic powder content in the sheet thus prepared was about 90% by weight, and the thickness of one sheet was about 100 ⁇ m. 40 to 50 sheets were stacked to obtain a magnetic portion having a thickness of about 4.8 mm.
  • a PC-95 ferrite magnetic sheet (thickness 5 mm) manufactured by TDK was used as a comparative example.
  • the elongation rate was measured using a UTM device (INSTRON 5982, INSTRON) on the magnetic part sample before impact by the method of ASTM D412 Type C.
  • Characteristic change rate (%)
  • SAE J2954 WPT1 Z2 Class standard TEST standard coil and frame are applied, and magnetic parts, spacers and aluminum plates are stacked to manufacture a receiving device (35.5 cm x 35.5 cm) and a transmitting device (67.48 cm x 59.1 cm). Measured at the kHz frequency.
  • Inductance and resistance were measured using an LCR meter (IM3533, HIOKI).
  • the quality factor (Q factor) was calculated by the equation of inductance x frequency x 2 ⁇ /resistance.
  • Charging efficiency was measured under conditions of output power of 1000W and frequency of 85 kHz.
  • the elongation of the ferrite sheet of Comparative Example was 0%, while the magnetic portion of Preparation Example 1 was measured to have an elongation of 3%.
  • the magnetic portion of Preparation Example 1 was not only excellent in inductance, quality factor, and resistance of the device using the device before impact, but also the rate of change of the characteristics after impact was measured in the range of 0 to 1%.
  • the ferrite sheet of the comparative example was measured to have a high rate of change in inductance, quality factor, and resistance of the device using the same after impact, and in particular, the rate of change (reduction rate) of charging efficiency was measured as high as 3%. From this, it was confirmed that the magnetic part of Preparation Example 1 compared to the conventional ferrite sheet is suitable for a wireless charging device in an environment where an impact is easily applied during a driving process such as an electric vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)

Abstract

일 구현예에 따른 무선충전 장치는 자성부의 내부 또는 자성부와 코일부 사이에 절연성의 방열부를 구비함으로써 효과적으로 열을 배출할 수 있다. 따라서 상기 무선충전 장치는, 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
구현예는 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구현예는 방열 구조를 적용하여 충전 효율이 향상된 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차와 같은 이동 수단에 관한 것이다.
오늘날 정보통신 분야는 매우 빠른 속도로 발전하고 있으며, 전기, 전자, 통신, 반도체 등이 종합적으로 조합된 다양한 기술들이 지속적으로 개발되고 있다. 또한, 전자기기의 모바일화 경향이 증대함에 따라 통신분야에서도 무선 통신 및 무선 전력 전송 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 전자기기 등에 무선으로 전력을 전송하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 무선 전력 전송은 전력을 공급하는 송신기와 전력을 공급받는 수신기 간에 물리적인 접촉 없이 유도 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 전자기장 공진 구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 무선으로 전송하는 것이다. 상기 무선 전력 전송은 대용량의 배터리가 요구되는 휴대용 통신기기, 전기 자동차 등에 적합하며 접점이 노출되지 않아 누전 등의 위험이 거의 없으며 유선 방식의 충전 불량 현상을 막을 수 있다.
한편, 최근 들어 전기 자동차에 대한 관심이 급증하면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있다. 이미 가정용 충전기를 이용한 전기 자동차 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전 장치, 무선충전 장치 등 다양한 충전 방식이 등장하였고, 새로운 충전 사업 비즈니스 모델도 나타나기 시작했다(대한민국 공개특허 제 2011-0042403 호 참조). 또한, 유럽에서는 시험 운행중인 전기차와 충전소가 눈에 띄기 시작했고, 일본에서는 자동차 제조 업체와 전력 회사들이 주도하여 전기 자동차 및 충전소를 시범적으로 운영하고 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제2011-0042403호
전기 자동차 등에 사용되는 종래의 무선충전 장치는, 도 3을 참조하여, 무선충전 효율 향상을 위해 코일부(200')에 인접하여 자성부(300')가 배치되고, 전자기 차폐를 위한 쉴드부(400')가 자성부(300')와 일정 간격 이격하여 배치된다.
무선충전 장치는 무선충전 동작 중에 코일부의 저항과 자성부의 자기 손실에 의해 열을 발생한다. 특히 무선충전 장치 내의 자성부는 전자기파 에너지 밀도가 높은 코일부와 가까운 부분에서 열을 발생하고, 발생한 열은 자성부의 자기 특성을 변화시켜 송신기와 수신기 간의 임피던스 불일치를 유발하여, 충전 효율이 저하되고 이로 인해 다시 발열이 심화되는 문제가 있었다. 그러나 이러한 무선충전 장치는 전기 자동차의 하부에 설치되기 때문에, 방진 및 방수와 충격 흡수를 위해 밀폐 구조를 채용하므로 방열 구조를 구현하는데 어려움이 있었다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 자성부의 내부 또는 자성부와 코일부 사이에 절연성의 방열부를 구비함으로써 효과적으로 열을 배출할 수 있음을 발견하였다.
따라서 구현예의 과제는, 방열이 효과적인 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 전도성 와이어를 포함하는 코일부; 상기 코일부 상에 배치된 쉴드부; 상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치된 자성부; 및 상기 자성부의 내부 또는 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 배치된 절연성의 방열부를 포함하는, 무선충전 장치가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 무선충전 장치를 포함하는 이동 수단으로서, 상기 무선충전 장치가 하우징; 상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일부; 상기 코일부 상에 배치된 쉴드부; 상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치된 자성부; 및 상기 자성부의 내부 또는 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 배치된 절연성의 방열부를 포함하는, 이동 수단이 제공된다.
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는 열이 발생하는 코일부 또는 자성부 인근에 방열부를 구비함으로써 효과적으로 열을 배출할 수 있다.
구체적으로 상기 무선충전 장치는, 상기 방열부가 자성부와 코일부의 사이에 배치되어 자성부와 코일부에서 발생하는 열을 동시에 처리할 수 있고, 또는 자성부의 내부에 배치되어 자성부의 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 처리할 수 있다. 또한, 상기 방열부는 상기 쉴드부와 연결되어 열을 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.
따라서 상기 무선충전 장치는 송신기와 수신기 간의 대용량의 전력 전송을 요구하는 전기 자동차와 같은 이동 수단에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 무선충전 장치의 분해사시도를 나타낸 것이다.
도 2a 내지 2c는 무선충전 장치의 단면도의 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 무선충전 장치의 분해사시도를 나타낸 것이다.
도 4는 무선충전 장치가 수신기로 적용된 전기 자동차를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1: 전기 자동차,
10: 일 구현예에 따른 무선충전 장치,
10': 종래기술에 따른 무선충전 장치,
21: 수신기, 22: 송신기,
100, 100': 지지부, 200, 200': 코일부,
300, 300': 자성부, 400, 400': 쉴드부,
500: 방열부, 550: 열전도성 매개체,
600: 하우징.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 형성되는 것으로 기재되는 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상 또는 하에 직접, 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
본 명세서에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성요소의 특성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
무선충전 장치
도 1은 일 구현예에 따른 무선충전 장치의 분해사시도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하여, 일 구현예에 따른 무선충전 장치(10)는, 전도성 와이어를 포함하는 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치된 쉴드부(400); 상기 코일부(200)와 상기 쉴드부(400) 사이에 배치된 자성부(300); 및 상기 자성부(300)의 내부 또는 상기 자성부(300)와 상기 코일부(200) 사이에 배치된 절연성의 방열부(500)를 포함한다.
이하 상기 무선충전 장치의 각 구성요소별로 구체적으로 설명한다.
코일부
상기 코일부는 전도성 와이어를 포함한다.
상기 전도성 와이어는 전도성 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 전도성 와이어는 전도성 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 와이어는 구리, 니켈, 금, 은, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 와이어는 절연성 외피를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 외피는 절연성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 절연성 외피는 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 테프론 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 전도성 와이어의 직경은 예를 들어 1 mm 내지 10 mm 범위, 1 mm 내지 5 mm 범위, 또는 1 mm 내지 3 mm 범위일 수 있다.
상기 전도성 와이어는 평면 코일 형태로 감길 수 있다. 구체적으로 상기 평면 코일은 평면 나선 코일(planar spiral coil)을 포함할 수 있다. 또한 상기 코일의 평면 형태는 원형, 타원형, 다각형, 또는 모서리가 둥근 다각형의 형태일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
상기 평면 코일의 외경은 5 cm 내지 100 cm, 10 cm 내지 50 cm, 10 cm 내지 30 cm, 20 cm 내지 80 cm, 또는 50 cm 내지 100 cm일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 10 cm 내지 50 cm의 외경을 가질 수 있다.
또한, 상기 평면 코일의 내경은 0.5 cm 내지 30 cm, 1 cm 내지 20 cm, 또는, 2 cm 내지 15 cm일 수 있다.
상기 평면 코일의 감긴 횟수는 5회 내지 50회, 10회 내지 30회, 5회 내지 30회, 15회 내지 50회, 또는 20회 내지 50회일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 평면 코일은 상기 전도성 와이어를 10회 내지 30회 감아 형성된 것일 수 있다.
또한 상기 평면 코일 형태 내에서 상기 전도성 와이어 간의 간격은 0.1 cm 내지 1 cm, 0.1 cm 내지 0.5 cm, 또는 0.5 cm 내지 1 cm일 수 있다.
상기와 같은 바람직한 평면 코일 치수 및 규격 범위 내일 때, 전기 자동차와 같은 대용량 전력 전송을 요구하는 분야에 적합할 수 있다.
쉴드부
상기 쉴드부는 상기 코일부 상에 배치된다.
상기 쉴드부는 전자파 차폐를 통해 외부로 전자파가 누설되어 발생될 수 있는 전자기 간섭(EMI, electromagnetic interference)을 억제한다.
상기 쉴드부는 상기 코일부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉴드부와 상기 코일부의 이격 거리는 10 mm 이상 또는 15 mm 이상일 수 있고, 구체적으로 10 mm 내지 30 mm, 또는 10 mm 내지 20 mm일 수 있다.
상기 쉴드부의 소재는 예를 들어 금속일 수 있고, 이에 따라 상기 쉴드부는 금속판일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다.
구체적인 일례로서 상기 쉴드부의 소재는 알루미늄일 수 있으며, 그 외 전자파 차폐능을 갖는 금속 또는 합금 소재가 사용될 수 있다.
상기 쉴드부의 두께는 0.2 mm 내지 10 mm, 0.5 mm 내지 5 mm, 또는 1 mm 내지 3 mm일 수 있다. 또한 상기 쉴드부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다.
자성부
상기 자성부는 상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치된다.
상기 자성부는 상기 쉴드부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성부와 상기 쉴드부의 이격 거리는 3 mm 이상, 5 mm 이상, 3 mm 내지 10 mm, 또는 4 mm 내지 7 mm일 수 있다.
또한 상기 자성부는 상기 코일부와 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 자성부와 상기 코일부의 이격 거리는 0.2 mm 이상, 0.5 mm 이상, 0.2 mm 내지 3 mm, 또는 0.5 mm 내지 1.5 mm일 수 있다.
상기 자성부는 바인더 수지 및 자성 분말을 포함하는 고분자형 자성체일 수 있다. 또는 상기 자성부는 금속계 자성체, 예를 들어 나노결정성(nanocrystalline) 자성체를 포함할 수 있다. 또는 상기 자성부는 상기 고분자형 자성체 및 상기 나노결정성 자성체의 복합체일 수 있다.
고분자형 자성체
상기 자성부는 고분자형 자성체를 포함할 수 있고, 구체적으로 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 고분자형 자성체는 바인더 수지에 의해 자성 분말들이 서로 결합됨으로써, 넓은 면적에서 전체적으로 결함이 적으면서 충격에 의해 손상이 적을 수 있다.
상기 자성 분말은 페라이트(Ni-Zn계, Mg-Zn계, Mn-Zn계 페라이트 등)와 같은 산화물계 자성 분말; 퍼말로이(permalloy), 샌더스트(sendust), 나노결정성(nanocrystalline) 자성체와 같은 금속계 자성 분말; 또는 이들의 혼합 분말일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 분말은 Fe-Si-Al 합금 조성을 갖는 샌더스트 입자일 수 있다.
일례로서, 상기 자성 분말은 하기 화학식 1의 조성을 가질 수 있다.
[화학식 1]
Fe1-a-b-c Sia Xb Yc
상기 식에서, X는 Al, Cr, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이고; Y는 Mn, B, Co, Mo, 또는 이들의 조합이고; 0.01 ≤ a ≤ 0.2, 0.01 ≤ b ≤ 0.1, 및 0 ≤ c ≤ 0.05 이다.
상기 자성 분말의 평균 입경은 약 3 nm 내지 약 1 mm, 약 1 ㎛ 내지 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 또는 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 고분자형 자성체는 상기 자성 분말을 50 중량% 이상, 70 중량% 이상, 또는 85 중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자형 자성체는 상기 자성 분말을 50 중량% 내지 99 중량%, 70 중량% 내지 95 중량%, 70 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 90 중량%, 75 중량% 내지 95 중량%, 80 중량% 내지 95 중량%, 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 경화성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지 및/또는 고내열 열가소성 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
이와 같이 경화되어 접착성을 나타낼 수 있는 수지로서, 글리시딜기, 이소시아네이트기, 히드록실기, 카복실기 또는 아미드기 등과 같은 열에 의한 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하거나; 또는 에폭시드(epoxide)기, 고리형 에테르(cyclic ether)기, 설파이드(sulfide)기, 아세탈(acetal)기 또는 락톤(lactone)기 등과 같은 활성 에너지에 의해 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하는 수지를 사용할 수 있다. 이와 같은 관능기 또는 부위는 예를 들어 이소시아네이트기, 히드록실기 또는 카복실기일 수 있다.
구체적으로, 상기 경화성 수지는, 상술한 바와 같은 관능기 또는 부위를 적어도 하나 이상 가지는 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지 또는 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일례로서, 상기 바인더 수지는 폴리우레탄계 수지, 이소시아네이트계 경화제 및 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 고분자형 자성체는 상기 바인더 수지를 5 중량% 내지 40 중량%, 5 중량% 내지 20 중량%, 5 중량% 내지 15 중량%, 또는 7 중량% 내지 15 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
또한, 상기 고분자형 자성체는 이의 중량을 기준으로, 상기 바인더 수지로서, 6 중량% 내지 12 중량%의 폴리우레탄계 수지, 0.5 중량% 내지 2 중량%의 소시아네이트계 경화제, 및 0.3 중량% 내지 1.5 중량%의 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
상기 고분자형 자성체는 자성 분말과 고분자 수지 조성물을 혼합하여 슬러리화한 후 시트 형상으로 성형하고 경화하는 등의 시트화 과정으로 제조할 수 있으나, 일정한 두께를 갖는 대면적의 고분자형 자성체를 제조하기 위해 몰드를 이용한 성형의 방식으로 블록을 제조할 수 있다.
상기 제조의 방법에는 통상의 시트화 또는 블록화 방법이 적용될 수 있다.
나노결정성 자성체
상기 자성부는 나노결정성 자성체를 포함할 수 있다.
상기 나노결정성 자성체를 적용 시에, 코일부와 거리가 멀어질수록 코일부의 인덕턴스(Ls)가 낮아지더라도 저항(Rs)이 더욱 낮아짐으로써 코일부의 품질계수(Q factor: Ls/Rs)가 높아져서 충전 효율이 향상되고 발열이 줄어들 수 있다.
예를 들어, 상기 나노결정성 자성체는 Fe계 나노결정성 자성체일 수 있고, 구체적으로 Fe-Si-Al계 나노결정성 자성체, Fe-Si-Cr계 나노결정성 자성체, 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정성 자성체일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 나노결정성 자성체는 Fe-Si-B-Cu-Nb계 나노결정성 자성체일 수 있고, 이 경우, Fe가 70 원소% 내지 85 원소%, Si 및 B의 합이 10 원소% 내지 29 원소%, Cu와 Nb의 합이 1 원소% 내지 5 원소%일 수 있다(여기서 원소%란 총 원소의 갯수에 대한 특정 원소의 갯수의 백분율을 의미한다). 상기 조성 범위에서 Fe-Si-B-Cu-Nb계 합금이 열처리에 의해 나노결정성 자성체로 쉽게 형성될 수 있다.
상기 나노결정성 자성체는, 예를 들어 Fe계 합금을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 300℃ 내지 700℃의 온도 범위에서 30분 내지 2시간 동안 무자장 열처리를 행하여 제조될 수 있다.
만약 열처리 온도가 300℃ 미만인 경우 나노결정이 충분히 생성되지 않아 원하는 투자율이 얻어지지 않으며 열처리 시간이 길게 소요될 수 있고, 700℃를 초과하는 경우는 과열처리에 의해 투자율이 현저하게 낮아질 수 있다. 또한, 열처리 온도가 낮으면 처리시간이 길게 소요되고, 반대로 열처리 온도가 높으면 처리시간은 단축되는 것이 바람직하다.
한편 상기 나노결정성 자성체는 제조 공정상 두꺼운 두께를 만들기 어려우며 예를 들어 15 ㎛ 내지 35 ㎛의 두께의 박막 시트로 형성될 수 있다. 따라서 이러한 박막 시트를 여러 장 적층하여 자성부를 형성할 수 있다. 이때 상기 박막 시트 사이에는 접착 테이프와 같은 접착제층이 삽입될 수 있다. 또한 상기 나노결정성 자성체는 제조 공정 후단에 가압 롤 등에 의해 파쇄하여 박막 시트에 다수의 크랙을 형성함으로써, 복수 개의 나노결정성 미세 조각들을 포함하도록 제조할 수 있다.
자성부의 면적 및 두께
상기 자성부는 자성 시트, 자성 시트 적층체, 또는 자성 블록일 수 있다.
상기 자성부는 대면적을 가질 수 있고, 구체적으로 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상의 면적을 가질 수 있다. 또한, 상기 자성부는 10,000 cm2 이하의 면적을 가질 수 있다.
상기 대면적의 자성부는 다수의 단위 자성체가 조합되어 구성될 수 있으며, 이때, 상기 단위 자성체의 면적은 60 cm2 이상, 90 cm2, 또는 95 cm2 내지 900 cm2일 수 있다.
상기 자성 시트의 두께는 15 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 80 ㎛ 이상, 15 ㎛ 내지 150 ㎛, 15 ㎛ 내지 35 ㎛, 또는 85 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 이러한 자성 시트는 통상의 필름 또는 시트를 제조하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 20장 이상, 또는 50장 이상 적층된 것일 수 있다. 또한 상기 자성 시트의 적층체는 상기 자성 시트가 150장 이하, 또는 100장 이하로 적층된 것일 수 있다.
상기 자성 블록의 두께는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 4 mm 이상일 수 있다. 또한, 상기 자성 블록의 두께는 6 mm 이하일 수 있다.
자성부의 자성 특성
상기 자성부는 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수 근방에서 일정 수준의 자성 특성을 가질 수 있다.
상기 전기 자동차의 무선충전 표준 주파수는 100 kHz 미만일 수 있고, 예를 들어 79 kHz 내지 90 kHz, 구체적으로 81 kHz 내지 90 kHz, 보다 구체적으로 약 85 kHz일 수 있으며, 이는 휴대폰과 같은 모바일 전자기기에 적용하는 주파수와 구별되는 대역이다.
상기 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자율은 소재에 따라 달라질 수 있으나 5 이상, 예를 들어 5 내지 150,000일 수 있으며, 구체적인 소재에 따라 5 내지 300, 500 내지 3,500, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있다. 또한 상기 자성부의 85 kHz의 주파수에서 투자손실은 소재에 따라 달라질 수 있으나 0 이상, 예를 들어 0 내지 50,000일 수 있으며, 구체적인 소재에 따라 0 내지 1,000, 1 내지 100, 100 내지 1,000, 또는 5,000 내지 50,000일 수 있다.
일례로서, 상기 자성부가 자성 분말 및 바인더 수지를 포함하는 고분자형 자성 블록일 경우, 85 kHz의 주파수에서 투자율은 5 내지 130, 15 내지 80, 또는 10 내지 50일 수 있고, 투자손실은 0 내지 20, 0 내지 15, 또는 0 내지 5일 수 있다.
다른 예로서, 상기 자성부가 소결 페라이트계 자성체일 경우, 85 kHz의 주파수에서 투자율은 1,000 내지 5,000, 또는 2,000 내지 4,000일 수 있고, 투자손실은 0 내지 1,000, 0 내지 100, 또는 0 내지 50일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 자성부가 나노결정성(nanocrystalline) 자성체일 경우, 85 kHz의 주파수에서 투자율은 500 내지 3,000, 또는 10,000 내지 150,000일 수 있고, 투자손실은 100 내지 1,000, 또는 8,000 내지 50,000일 수 있다.
자성부의 특성
일례로서 상기 자성부는 고분자형 자성체를 포함할 수 있고, 상기 고분자형 자성체는 일정 비율로 신장될 수 있다. 예를 들어 상기 고분자형 자성체의 신장율은 0.5% 이상일 수 있다. 상기 신장 특성은 고분자를 적용하지 않는 세라믹계 자성체에서는 얻기 어려운 것으로, 대면적의 자성부가 충격에 의해 뒤틀림 등이 발생하더라도 손상을 줄여줄 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자형 자성체의 신장율은 0.5% 이상, 1% 이상, 또는 2.5% 이상일 수 있다. 상기 신장율의 상한에는 특별한 제한이 없으나, 신장율 향상을 위해 고분자 수지의 함량이 많아지는 경우, 자성부의 인턱턴스 등의 특성이 떨어질 수 있으므로, 상기 신장율은 10% 이하인 것이 좋다.
상기 자성부는 일반적인 소결 페라이트 자성체와 비교하여 내충격성이 월등하게 우수하므로, 이를 이용한 무선충전 장치의 충격에 따른 특성 변화가 적다.
본 명세서에서 충격 전후의 특성 변화율(%)은 아래 식으로 계산될 수 있다.
특성 변화율(%)=|충격 전 특성 값-충격 후 특성 값|/충격 전 특성 값×100
예를 들어, 상기 자성부를 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 충격을 인가 시에, 충격 전과 후의 자성부를 이용한 무선충전 장치에서의 인덕턴스 변화율이 5% 미만, 또는 3% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 인덕턴스 변화율은 0% 내지 3%, 0.001% 내지 2%, 또는 0.01% 내지 1.5%일 수 있다.
또한, 상기 자성부를 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 충격을 인가 시에, 충격 전과 후의 자성부를 이용한 무선충전 장치에서의 품질계수(Q factor) 변화율이 0% 내지 5%, 0.001% 내지 4%, 또는 0.01% 내지 2.5%일 수 있다.
또한, 상기 자성부를 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 충격을 인가 시에, 충격 전과 후의 자성부를 이용한 무선충전 장치에서의 저항 변화율이 0% 내지 2.8%, 0.001% 내지 1.8%, 또는 0.1% 내지 1.0%일 수 있다.
또한, 상기 자성부를 1 m의 높이에서 자유 낙하시켜 충격을 인가 시에, 충격 전과 후의 자성부를 이용한 무선충전 장치에서의 충전효율 변화율이 0% 내지 6.8%, 0.001% 내지 5.8%, 또는 0.01% 내지 3.4%일 수 있다.
상기 범위 내일 때, 실제 충격이나 진동이 반복적으로 가해지는 환경에서도 무선충전 장치의 성능이 일정 수준으로 잘 유지될 수 있다.
방열부
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는, 열이 발생하는 자성부 또는 코일부의 인근에 방열부를 구비함으로써 효과적으로 열을 배출할 수 있다.
일례로서, 도 2a 및 2b에서 보듯이, 상기 방열부(500)는 상기 자성부(300)와 상기 코일부(200)의 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 자성부와 코일부에서 발생하는 열을 동시에 처리할 수 있는 장점이 있다.
다른 예로서, 도 2c에서 보듯이, 상기 방열부(500)는 상기 자성부(300)의 내부에 배치될 수 있다. 이 경우, 자성부의 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
상기 방열부가 상기 자성부의 내부에 배치되는 구조는 다양하게 설계될 수 있다. 일례로서, 방열부가 삽입될 내부 공간을 갖도록 몰드를 통해 고분자형 자성체를 성형한 뒤 방열부를 삽입할 수 있다. 다른 예로서, 복수의 자성 시트 사이에 방열부를 삽입하여 적층함으로써, 방열부가 삽입된 자성 시트 적층체를 제조할 수 있다.
상기 방열부는 열이 발생하는 부위에 선택적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 도 2b에서 보듯이, 상기 방열부(500)는 상기 코일부(200)가 존재하는 영역에 대응하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 방열부는 작은 면적으로도 충전 효율과 방열 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 방열부는 열이 발생하는 부위에 직접 접촉하여 효과적으로 열을 배출할 수 있다. 구체적으로, 상기 방열부는 상기 자성부 및 상기 전도성 와이어 중 적어도 하나에 직접 접촉할 수 있다. 일례로서, 도 2a 내지 2c에서 보듯이, 상기 방열부(500)는 상기 자성부(300)에 직접 접촉할 수 있다.
또는 상기 방열부는 열이 발생하는 부위에 열전도성 접착제에 의해 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 방열부는 상기 자성부에 열전도성 접착제에 의해 부착될 수 있다. 상기 열전도성 접착제는 금속계, 카본계, 세라믹계 등의 열전도성 소재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 열전도성 입자가 분산된 접착제 수지일 수 있다.
상기 방열부는 상기 자성부 또는 코일부에서 발생한 열을 외부로 효과적으로 배출하기 위해 상기 쉴드부와 열적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 방열부는 상기 쉴드부와 직접 또는 열전도성 매개체를 통해 연결될 수 있다.
일례로서, 도 2a 내지 2c에서 보듯이, 상기 방열부(500)는 상기 쉴드부(400)와 열전도성 매개체(550)를 통해 연결될 수 있다. 상기 열전도성 매개체는 상기 방열부와 동일한 성분이거나 또는 다른 성분으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 매개체는 세라믹 소재 또는 카본계 소재로 구성될 수 있다. 또는 상기 열전도성 매개체는 상기 쉴드부와 동일 소재로 구성될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄으로 구성될 수 있다
방열부의 성분
상기 방열부는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 절연성 무기 입자를 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로서 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리페닐설파이드(PSS) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 이소시아네이트 수지, 에폭시 수지 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 바인더 수지는 경화성 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 광경화성 수지 및/또는 열경화성 수지일 수 있으며, 특히 경화되어 접착성을 나타낼 수 있는 수지일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더 수지는 글리시딜기, 이소시아네이트기, 히드록실기, 카복실기 또는 아미드기 등과 같은 열에 의한 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하거나; 또는 에폭시드(epoxide)기, 고리형 에테르(cyclic ether)기, 설파이드(sulfide)기, 아세탈(acetal)기 또는 락톤(lactone)기 등과 같은 활성 에너지에 의해 경화가 가능한 관능기 또는 부위를 하나 이상 포함하는 수지를 사용할 수 있다. 이와 같은 관능기 또는 부위는 예를 들어 이소시아네이트기, 히드록실기, 또는 카복실기일 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 바인더 수지는 실리콘계 수지 및 아크릴계 수지 중에서 1종 이상일 수 있다.
상기 절연성 무기 입자는 비카본계(non-carbonous) 무기물을 포함할 수 있다. 즉 상기 절연성 무기 입자는 그라파이트나 카본나노튜브와 같은 카본계 필러가 아닌 것이 좋다.
상기 절연성 무기 입자는 세라믹 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 무기 입자는 금속의 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 절연성 무기 입자는 실리카, 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열부 내의 상기 절연성 무기 입자의 함량은 70 중량% 내지 90 중량%, 70 중량% 내지 85 중량%, 또는 75 중량% 내지 90 중량%일 수 있다. 절연성 무기 입자의 함량이 상기 바람직한 범위 내일 때, 열전도도 측면에서 보다 유리할 수 있다.
방열부의 특성
상기 방열부는 시트 형태 또는 리본 형태를 가질 수 있다.
상기 방열부는 상기 자성부와 동일한 면적을 갖거나, 이와 다른 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 방열부는 상기 자성부와 동일하게 대면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 방열부의 면적은 200 cm2 이상, 400 cm2 이상, 또는 600 cm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 방열부의 면적은 10,000 cm2 이하일 수 있다. 또는 상기 방열부는 상기 자성부보다 작은 면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 방열부는 상기 코일부의 면적에 대응하는 면적을 가질 수 있다.
상기 방열부의 두께는 0.1 mm 내지 10 mm, 또는 1 mm 내지 5 mm일 수 있다. 상기 방열부의 두께는 상기 자성부의 두께보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 방열부의 두께는 상기 자성부의 두께의 1/50 내지 1/2, 1/10 내지 1/2, 또는 1/5 내지 1/3일 수 있다.
상기 방열부는 절연성 및 열전도성을 갖는다.
예를 들어, 상기 방열부의 면저항은 104 Ω/sq 이상, 구체적으로 106 Ω/sq 이상일 수 있다. 또한, 상기 방열부의 열전도도는 1 W/m·K 이상, 구체적으로 3 W/m·K 이상, 보다 구체적으로 3 W/m·K 내지 30 W/m·K일 수 있다. 구체적으로, 상기 방열부는 104 Ω/sq 이상의 면저항 및 1 W/m·K 이상의 열전도도를 가질 수 있다. 이때 상기 열전도도는 수평 열전도도일 수 있다.
하우징
상기 구현예에 따른 무선충전 장치는 전술한 구성 요소들을 수용하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 코일부, 쉴드부, 자성부 등의 구성 요소가 적절하게 배치되어 조립될 수 있게 한다. 상기 하우징의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 하우징의 재질 및 구조를 채용할 수 있으며, 그 내부에 포함되는 구성 요소에 따라 적절히 설계될 수 있다.
도 2a 내지 2c를 참조하여, 일 구현예에 따른 무선충전 장치(10)는, 하우징(600); 상기 하우징(600) 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일부(200); 상기 코일부(200) 상에 배치된 쉴드부(400); 상기 코일부(200)와 상기 쉴드부(400) 사이에 배치된 자성부(300); 및 상기 자성부(300)의 내부 또는 상기 자성부와 상기 코일부(200) 사이에 배치된 절연성의 방열부(500)를 포함한다.
지지부
상기 무선충전 장치(10)는 상기 코일부를 지지하는 지지부(100)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 지지부의 재질 및 구조를 채용할 수 있다. 상기 지지부는 평판 구조 또는 코일부를 고정시킬 수 있도록 코일부 형태를 따라 홈이 파여진 구조를 가질 수 있다.
스페이서
또한 상기 구현예에 따른 무선충전 장치는, 상기 쉴드부와 자성부 간의 공간을 확보하기 위한 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서의 재질 및 구조는 무선충전 장치에 사용되는 통상적인 스페이서의 재질 및 구조를 채용할 수 있다.
전기 자동차
도 4는 무선충전 장치가 적용된 이동 수단, 구체적으로 전기 자동차를 나타낸 것으로서, 하부에 무선충전 장치를 구비하여 전기 자동차용 무선 충전 시스템이 구비된 주차 구역에서 무선으로 충전될 수 있다.
도 4를 참조하여, 일 구현예에 따른 이동 수단(1)은, 상기 구현예에 따른 무선충전 장치를 수신기(21)로 포함한다. 상기 무선충전 장치는 이동 수단(1)의 무선충전의 수신기(21)로 역할하고 무선충전의 송신기(22)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
상기 이동 수단은 무선충전 장치를 포함하고, 상기 무선충전 장치가 하우징; 상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일부; 상기 코일부 상에 배치된 쉴드부; 상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치된 자성부; 및 상기 자성부의 내부 또는 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 배치된 절연성의 방열부를 포함한다.
상기 이동 수단에 포함되는 무선충전 장치의 각 구성요소들의 구성 및 특징은 앞서 설명한 바와 같다.
상기 이동 수단은 상기 무선충전 장치로부터 전력을 전달받는 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 무선충전 장치는 무선으로 전력을 전송받아 상기 배터리에 전달하고, 상기 배터리는 상기 이동 수단의 구동계에 전력을 공급할 수 있다. 상기 배터리는 상기 무선충전 장치 또는 그 외 추가적인 유선충전 장치로부터 전달되는 전력에 의해 충전될 수 있다.
또한 상기 이동 수단은 충전에 대한 정보를 이동 수단용 무선 충전 시스템의 송신기에 전달하는 신호 전송기를 더 포함할 수 있다. 이러한 충전에 대한 정보는 충전 속도와 같은 충전 효율, 충전 상태 등일 수 있다.
이하 상기 구현예에 따른 무선충전 장치에 사용되는 자성부의 제조예 및 이의 시험예가 기술되나, 구현 가능한 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 자성부의 제조
단계 1) 자성 분말 슬러리 제조
42.8 중량부의 자성 분말, 15.4 중량부의 폴리우레탄계 수지 분산액(폴리우레탄계 수지 25 중량%, 2-부탄온 75중량%), 1.0 중량부의 이소시아네이트계 경화제 분산액(이소시아네이트계 경화제 62 중량%, n-부틸 아세테이트 25 중량%, 2-부탄온 13 중량%), 0.4 중량부의 에폭시계 수지 분산액(에폭시계 수지 70 중량%, n-부틸 아세테이트 3 중량%, 2-부탄온 15 중량%, 톨루엔 12 중량%), 및 40.5 중량부의 톨루엔을 플래너터리 믹서(planetary mixer)에서 약 40~50 rpm의 속도로 약 2시간 동안 혼합하여, 자성 분말 슬러리를 제조하였다.
단계 2) 자성 시트 적층체의 제조
앞서 제조된 자성 분말 슬러리를 캐리어 필름 상에 콤마 코터에 의해서 코팅하고, 약 110℃의 온도로 건조하여 고분자형 자성체를 형성하였다. 상기 고분자형 자성체를 약 170℃의 온도에서 약 9 Mpa의 압력으로 약 60분간 핫프레스 공정으로 압축 경화시켜 시트를 얻었다. 이렇게 제조된 시트 내의 자성 분말 함량은 약 90 중량%이었고, 시트 한 장의 두께는 약 100 ㎛이었다. 상기 시트를 40~50장 적층하여 약 4.8 mm 두께의 자성부를 얻었다.
비교예
비교예로서 TDK 사의 PC-95 페라이트 자성 시트(두께 5mm)를 사용하였다.
시험예
제조예 1 및 비교예의 자성부에 대해 아래의 방법으로 시험을 수행하였다.
(1) 신장율
신장율은 ASTM D412 Type C의 방법으로 충격 전의 자성부 샘플에 대해, UTM 기기(INSTRON 5982, INSTRON사)를 이용하여 측정하였다.
(2) 충격 전/후 특성 변화
자성부 샘플을 1m의 높이에서 자유 낙하하여 충격을 인가 시에, 충격 전과 후의 자성부 샘플을 이용한 장치의 전기적 특성을 아래 식에 의해 계산하였다.
특성 변화율(%)=|충격 전 특성 값-충격 후 특성 값|/충격 전 특성 값×100
전기적 특성은 SAE J2954 WPT1 Z2 Class standard TEST 규격 코일 및 프레임을 적용하고 자성부, 스페이서 및 알루미늄판을 쌓아 수신장치(35.5 cm x 35.5 cm) 및 송신장치(67.48 cm x 59.1 cm)를 제조하여, 85 kHz 주파수에서 측정하였다.
인덕턴스 및 저항은 LCR 미터(IM3533, HIOKI사)를 이용하여 측정하였다.
품질계수(Q Factor)는 인덕턴스×주파수×2π/저항의 식으로 계산되었다.
충전효율은 출력전력 1000W, 주파수 85 kHz의 조건에서 측정하였다.
그 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
구 분 충격인가 신장율(%) 인덕턴스(μH) 품질계수 저항(mΩ) 충전효율(%)
비교예 전 0 230 481 263 94
후 - 218 414 290 91
제조예 1 전 3 225 444 279 93
후 - 225 442 280 93
구 분 신장율(%) 인덕턴스변화율(%) 품질계수변화율(%) 저항변화율(%) 충전효율변화율(%)
비교예 0 5.2 14 10.3 3
제조예 1 3 0 0.36 0.36 0
상기 표에서 보듯이, 비교예의 페라이트 시트는 신장율이 0%인 반면, 제조예 1의 자성부는 신장율이 3%로 측정되었다. 또한 제조예 1의 자성부는 충격 전에 이를 이용한 장치의 인덕턴스, 품질계수 및 저항이 우수할 뿐만 아니라, 충격 후에 상기 특성들의 변화율이 0~1% 범위로 측정되었다. 반면, 비교예의 페라이트 시트는 충격 후에 이를 이용한 장치의 인덕턴스, 품질계수 및 저항의 변화율이 높게 측정되었으며, 특히 충전효율 변화율(감소율)이 3%로 높게 측정되었다. 이로부터 전기차와 같이 운행 과정에서 충격이 가해지기 쉬운 환경에서, 종래의 페라이트 시트 대비 제조예 1의 자성부가 무선충전 장치에 적합함을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 전도성 와이어를 포함하는 코일부;
    상기 코일부 상에 배치된 쉴드부;
    상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치된 자성부; 및
    상기 자성부의 내부 또는 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 배치된 절연성의 방열부를 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부가 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 절연성 무기 입자를 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연성 무기 입자가 세라믹 입자를 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부는 104 Ω/sq 이상의 면저항 및 1 W/m·K 이상의 열전도도를 갖는, 무선충전 장치.
    　
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부가 상기 자성부 및 상기 전도성 와이어 중 적어도 하나에 직접 접촉하는, 무선충전 장치.
    　
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부가 상기 코일부가 존재하는 영역에 대응하여 배치되는, 무선충전 장치.
    　
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부가 상기 쉴드부와 직접 또는 열전도성 매개체를 통해 연결되는, 무선충전 장치.
    　
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성부가 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 자성 분말을 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성부가 나노결정성(nanocrystalline) 자성체를 포함하는, 무선충전 장치.
    　
  10. 무선충전 장치를 포함하는 이동 수단으로서,
    상기 무선충전 장치가
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고 전도성 와이어를 포함하는 코일부;
    상기 코일부 상에 배치된 쉴드부;
    상기 코일부와 상기 쉴드부 사이에 배치된 자성부; 및
    상기 자성부의 내부 또는 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 배치된 절연성의 방열부를 포함하는, 이동 수단.
PCT/KR2020/016500 2019-11-20 2020-11-20 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단 Ceased WO2021101328A1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20890190.0A EP4064304A4 (en) 2019-11-20 2020-11-20 WIRELESS CHARGING DEVICE AND MEANS OF TRANSPORT THEREOF
US17/777,844 US12454188B2 (en) 2019-11-20 2020-11-20 Wireless charging device, and transportation means comprising same
CN202080080925.5A CN114730657B (zh) 2019-11-20 2020-11-20 无线充电装置和包含该装置的交通工具
JP2022527047A JP7638275B2 (ja) 2019-11-20 2020-11-20 無線充電装置およびそれを含む移動手段
JP2024175190A JP2025004136A (ja) 2019-11-20 2024-10-04 無線充電装置およびそれを含む移動手段

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190149597A KR102755493B1 (ko) 2019-11-20 2019-11-20 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR10-2019-0149597 2019-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021101328A1 true WO2021101328A1 (ko) 2021-05-27

Family

ID=75981390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/016500 Ceased WO2021101328A1 (ko) 2019-11-20 2020-11-20 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12454188B2 (ko)
EP (1) EP4064304A4 (ko)
JP (2) JP7638275B2 (ko)
KR (1) KR102755493B1 (ko)
CN (1) CN114730657B (ko)
WO (1) WO2021101328A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023088728A (ja) * 2021-12-15 2023-06-27 大日本印刷株式会社 コイル部品、送電装置、受電装置、及び電力伝送システム

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102923436B1 (ko) * 2023-12-06 2026-02-05 주식회사 아모센스 차량용 시트의 무선 전력 송신 장치
CN120881965B (zh) * 2025-09-26 2025-12-12 长春汽车检测中心有限责任公司 一种复合无功谐振屏蔽线圈结构及其稳健优化方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110042403A (ko) 2009-10-19 2011-04-27 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
KR20170072712A (ko) * 2015-12-17 2017-06-27 주식회사 아모그린텍 차량용 무선전력 전송모듈
KR20170076510A (ko) * 2015-12-24 2017-07-04 주식회사 아모그린텍 무선충전용 일체형 차폐성 방열유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈
KR20170081411A (ko) * 2016-01-04 2017-07-12 (주)우주일렉트로닉스 무선전력 수신안테나 및 상기 무선전력 수신안테나의 제조 방법
KR20170130230A (ko) * 2016-05-18 2017-11-28 주식회사 아모그린텍 차량용 무선 전력 송신장치
KR20180063768A (ko) * 2016-12-02 2018-06-12 삼성전기주식회사 무선 전력 전송 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007142081A (ja) 2005-11-17 2007-06-07 Yonezawa Densen Kk 送電コイル、無接点式充電器、無接点充電式機器、送電コイルの製造方法、無接点式電力伝送システム
JP5455041B2 (ja) * 2007-04-25 2014-03-26 日立金属株式会社 軟磁性薄帯、その製造方法、磁性部品、およびアモルファス薄帯
KR101257693B1 (ko) * 2008-11-05 2013-04-24 제일모직주식회사 전기절연성 고열전도성 수지 조성물
US9603233B2 (en) * 2010-11-11 2017-03-21 Schlumberger Technology Corporation Particle accelerator with a heat pipe supporting components of a high voltage power supply
JP5921839B2 (ja) * 2011-09-05 2016-05-24 株式会社テクノバ 非接触給電トランス
WO2012153642A1 (ja) * 2011-05-09 2012-11-15 日本電気株式会社 位置検出装置
JP5923916B2 (ja) * 2011-10-03 2016-05-25 日産自動車株式会社 非接触給電装置
US9406429B2 (en) * 2012-06-05 2016-08-02 Technova Inc. Contactless power transfer transformer
TWI537984B (zh) * 2013-10-24 2016-06-11 國立清華大學 可撓式透明電熱膜
US20160276079A1 (en) 2013-11-01 2016-09-22 Toda Kogyo Corp. Soft magnetic ferrite resin composition, soft magnetic ferrite resin composition molded product, and power transmission device for non-contact power feeder system
US10003217B2 (en) * 2014-03-04 2018-06-19 Qualcomm Incorporated System and method for reducing emissions for polarized coil systems for wireless inductive power transfer
GB2529630A (en) * 2014-08-26 2016-03-02 Bombardier Transp Gmbh A receiving device for receiving a magnetic field and for producing electric energy by magnetic induction, in particular for use by a vehicle
JP2017005113A (ja) * 2015-06-10 2017-01-05 日東電工株式会社 コイルモジュールおよびその製造方法
JP2017005114A (ja) * 2015-06-10 2017-01-05 日東電工株式会社 コイルモジュールおよびその製造方法
CN107924752B (zh) * 2015-08-25 2020-10-27 株式会社Ihi 线圈装置以及线圈系统
JP6665454B2 (ja) * 2015-09-08 2020-03-13 株式会社Ihi コイル装置及びコイルシステム
KR101788792B1 (ko) * 2015-09-15 2017-10-19 주식회사 아모그린텍 무선전력전송모듈 및 이를 포함하는 전자기기
JP6475684B2 (ja) * 2016-11-22 2019-02-27 株式会社Ｓｕｂａｒｕ コイルユニット
DE102017207266A1 (de) * 2017-04-28 2018-10-31 Mahle International Gmbh Induktionsladevorrichtung
JP2019165096A (ja) 2018-03-19 2019-09-26 Tdk株式会社 コイルユニット、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、ワイヤレス電力伝送システム
CN209581173U (zh) * 2018-12-11 2019-11-05 安洁无线科技（苏州）有限公司 模块化无线充电装置
CN111850431B (zh) * 2019-09-23 2022-02-22 宁波中科毕普拉斯新材料科技有限公司 一种含亚纳米尺度有序团簇的铁基非晶合金、制备方法及其纳米晶合金衍生物

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110042403A (ko) 2009-10-19 2011-04-27 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
KR20170072712A (ko) * 2015-12-17 2017-06-27 주식회사 아모그린텍 차량용 무선전력 전송모듈
KR20170076510A (ko) * 2015-12-24 2017-07-04 주식회사 아모그린텍 무선충전용 일체형 차폐성 방열유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈
KR20170081411A (ko) * 2016-01-04 2017-07-12 (주)우주일렉트로닉스 무선전력 수신안테나 및 상기 무선전력 수신안테나의 제조 방법
KR20170130230A (ko) * 2016-05-18 2017-11-28 주식회사 아모그린텍 차량용 무선 전력 송신장치
KR20180063768A (ko) * 2016-12-02 2018-06-12 삼성전기주식회사 무선 전력 전송 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4064304A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023088728A (ja) * 2021-12-15 2023-06-27 大日本印刷株式会社 コイル部品、送電装置、受電装置、及び電力伝送システム
JP7830918B2 (ja) 2021-12-15 2026-03-17 大日本印刷株式会社 コイル部品、送電装置、受電装置、及び電力伝送システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR102755493B1 (ko) 2025-01-17
JP2025004136A (ja) 2025-01-14
JP7638275B2 (ja) 2025-03-03
EP4064304A4 (en) 2023-12-27
EP4064304A1 (en) 2022-09-28
CN114730657B (zh) 2025-08-01
US12454188B2 (en) 2025-10-28
KR20210061719A (ko) 2021-05-28
JP2023501499A (ja) 2023-01-18
CN114730657A (zh) 2022-07-08
US20220410730A1 (en) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018164350A1 (ko) 차량용 무선전력 송신장치
WO2017200310A1 (ko) 차량용 무선 전력 송신장치
WO2013095036A1 (ko) 무선 충전기용 자기장 차폐시트 및 그의 제조방법과 이를 이용한 무선충전기용 수신장치
WO2021086066A1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
WO2021086125A1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
WO2017090977A1 (ko) 자기장 차폐유닛 및 이를 포함하는 다기능 복합모듈
WO2021101328A1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
CN100360001C (zh) 复合磁性体、片状物品的制法、电磁波吸收片材及其制法
WO2019054747A2 (ko) 무선전력 송신장치
WO2017039420A1 (ko) 자기공진방식 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛, 이를 포함하는 무선전력 전송모듈 및 전자장치
WO2014137151A1 (ko) 자기장 및 전자파 차폐용 복합시트 및 이를 구비하는 안테나 모듈
WO2017014430A1 (ko) 무선전력 송신모듈
WO2017061773A1 (ko) 자성시트, 이를 포함하는 모듈 및 이를 포함하는 휴대용 기기
WO2015147449A1 (ko) 전자기파 차폐시트, 및 이의 제조방법
WO2017204562A1 (ko) 코일부품
WO2017007196A1 (ko) 방열시트 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈
WO2017014493A1 (ko) 자기장 차폐유닛
WO2017086688A1 (ko) 무선전력 전송용 자기장 차폐유닛 및 이를 포함하는 무선전력 전송모듈
WO2018021623A1 (en) Complex sheet for wireless charging and method for fabricating the same
WO2018012668A1 (ko) 안테나 모듈 형성용 복합기판 및 이의 제조방법
WO2018169246A1 (ko) 휨성을 갖는 전자파 차폐 시트 및 이의 제조방법
WO2021086071A1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
WO2022124557A1 (ko) 무선충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
WO2021071212A1 (ko) 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 이동 수단
WO2019231142A1 (ko) 자성시트 및 이를 포함하는 무선전력모듈

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20890190

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022527047

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020890190

Country of ref document: EP

Effective date: 20220620

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 202080080925.5

Country of ref document: CN

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 17777844

Country of ref document: US