CN106170196A - 用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置 - Google Patents

用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置。所述用于屏蔽电磁波的片材包括：第一磁性材料，具有沿厚度方向形成的多个通孔；第二磁性材料，填充所述多个通孔并且阻挡与被第一磁性材料阻挡的电磁波的频带不同的频带。

Description

用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置
本申请要求分别于2015年5月22日和2015年7月27日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0072174号和第10-2015-0105736号韩国专利申请的优先权的权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置。
背景技术
随着各种电子装置因尺寸的减小而使得重量变轻，使用磁耦合(或感应耦合)而不使用电接触对电池进行充电的非接触型(即，无线)充电方案已受到关注。
无线充电方案是通过使用电磁感应来执行充电的方案。初级线圈(发送器线圈)设置在充电器(无线电力发送装置)中，次级线圈(接收器线圈)设置在充电对象(无线电力接收装置)中。根据初级线圈和次级线圈之间的感应耦合产生的电流传输用于对电池进行充电的能量。
用于屏蔽电磁波的片材(或屏蔽片)可设置在接收器线圈与电池之间。屏蔽片用来阻挡由接收器线圈产生的磁场到达电池并且使得由无线电力发送装置产生电磁波有效地发送至无线电力接收装置。
在用于屏蔽电磁波的片材中，由于由磁性材料内的磁通量的变化产生的电动势会导致产生涡电流。涡电流会导致电力损耗并使磁性材料的温度升高。此外，由涡电流产生的磁场会反向地作用在由发送器产生的磁场的方向上，使充电效率显著降低。
发明内容
本公开的一方面提供一种能够执行不同频带的屏蔽功能以用于多个无线充电方案的用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置。
本公开的一方面还提供一种能够通过减小涡电流的影响来提高热特性和充电效率的用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置。
根据本公开的一方面，提供一种用于屏蔽电磁波的片材的新颖结构，所述结构在单个片材上实现不同的无线充电方案，有利于减小厚度并提高热特性和充电效率。详细地讲，用于屏蔽电磁波的片材具有包括具有通孔的第一磁性材料和设置为填充所述通孔的第二磁性材料。
这里，第二磁性材料阻挡与被第一磁性材料阻挡的电磁波的频带不同的频带，从而实现上述多重无线充电(multi-wireless power charging)装置。例如，第一磁性材料可阻挡的频带范围为100KHz至300KHz，第二磁性材料可阻挡的频带范围为6MHz至7MHz。详细地讲，第一磁性材料可执行用于感应耦合方案的屏蔽功能，第二磁性材料可使用大约6.78MHz的频率来执行用于磁共振耦合方案的屏蔽功能。
根据本公开的另一方面，用于屏蔽电磁波的片材包括：第一磁性材料，阻挡第一频带的电磁波；第二磁性材料：阻挡第二频带的电磁波。第一频带与第二频带不同。
第二磁性材料的导电率可比第一磁性材料的导电率低。
第一磁性材料和第二磁性材料可被布置在多个磁性层中。
所述片材还可包括置于多个磁性层中的相邻的磁性层之间的粘合层。
一种无线充电装置包括：线圈单元；电磁波阻挡片，设置在线圈单元与外部电池之间，所述电磁波阻挡片具有沿厚度方向形成的多个通孔的第一磁性材料以及填充所述多个通孔并阻挡与被第一磁性材料阻挡的电磁波的频带不同频带的第二磁性材料。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，将更加清楚地理解本公开的以上和其它方面、特征和优点，在附图中：
图1是一般的无线充电系统的外部透视图；
图2是示出图1的主要内部组件的分解截面图；
图3和图4是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的用于屏蔽电磁波的片材的平面图和截面图；
图5至图7是示意性地示出根据本公开的另一示例性实施例的用于屏蔽电磁波的片材的截面图；
图8和图9是示意性地示出根据本公开的另一示例性实施例的用于屏蔽电磁波的片材的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图如下描述本发明构思的实施例。
然而，本发明构思可按照多种不同的形式来举例说明，并且不应该被解释为局限于在此阐述的具体实施例。更确切地说，提供这些实施例，以使本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的范围充分地传达给本领域的技术人员。
在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或晶圆(基板)的元件被称为“位于”另一元件“上”、“连接到”或者“结合到”另一元件时，所述元件可直接“位于”另一元件“上”、直接“连接到”或者直接“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的其它元件。相比之下，当元件被称为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接到”或者“直接结合到”另一元件时，不存在介于它们之间的元件或层。相同的标号始终指示相同的元件。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的所列项目中的任何以及全部组合。
将明显的是，虽然可在此使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面描述的第一构件、组件、区域、层或部分可称作第二构件、组件、区域、层或部分。
为了描述的方便，可在此使用空间相关的术语(例如，“在…之上”、“在…上方”、“在…之下”和“在…下方”等)，以描述如图中示出的一个元件与另一元件的关系。将理解的是，除了图中示出的方位之外，与空间相关的术语意于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“上方”或“之上”的元件将被定位为“在”所述其它元件或特征“下方”或“之下”。因此，术语“在…之上”可根据附图的特定方向而包含“在…之上”和“在…之下”的两种方位。装置可被另外定位(旋转90度或处于其它方位)，并可对在此使用的与空间相关的描述符做出相应解释。
在此使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意限制本发明构思。如在此使用的，除非上下文中另外清楚地指明，否则单数形式也将包括复数形式。还将理解的是，在本说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”列举存在所述的特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或增加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组合。
在下文中，将参照示出本发明构思的实施例的示意图描述本发明构思的实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，所示出的形状的修改是可预计的。因此，本发明构思的实施例不应被理解为受限于在此示出的区域的特定形状，例如，不受限于包括由于制造导致的形状的改变。以下的实施例也可由一个或其组合而构成。
下面描述的本发明构思的内容可具有多种构造，并且虽然在此仅提出所需的构造，但不限于此。
图1是一般的无线充电系统的外部透视图，图2是示出图1的主要内部组件的分解截面图。
参照图1和图2，一般的无线充电系统可包括无线电力发送装置10和无线电力接收装置20。无线电力接收装置20可被包括在电子装置30(诸如移动电话、膝上型计算机或平板电脑)中。
对于无线电力发送装置10的内部，发送器线圈11形成在基板12上，当交流(AC)电压施加到无线电力发送装置10时，在发送器线圈11周围形成磁场。因此，从发送器线圈11中感应的电动势产生在安装在无线电力接收装置20中的接收器线圈21中，以对电池22进行充电。
电池22可以是可充电或放电的镍氢电池或者是锂离子电池，但不限于此。此外，电池22可被构造为与无线电力接收装置20分开并且可拆卸地附着到无线电力接收装置20，或者可与无线电力接收装置20一体地构造。
发送器线圈11和接收器线圈21可电磁耦合，并且可通过缠绕诸如铜的金属线来形成。在这种情况下，金属线可缠绕成圆形、椭圆形、四边形或菱形，并且可根据所需的特性被适当地控制来设置绕组的整体尺寸或数量。
用于屏蔽电磁波的片100(下文中被称作“电磁波阻挡片100”)可设置在接收器线圈21和电池22之间。设置在接收器线圈21与电池22之间的电磁波阻挡片100可使磁通量集中，以被接收器线圈21有效地接收。此外，电磁波阻挡片100用来阻挡磁通量中的至少一部分到达电池22。下文中，将详细描述电磁波阻挡片100。
图3和图4是示意性地示出根据示例性实施例的用于屏蔽电磁波的片材的平面图和截面图。电磁波阻挡片100包括第一磁性材料101和第二磁性材料102。如图3和图4所示，第一磁性材料101具有沿厚度方向形成的多个通孔，并且多个通孔填充有第二磁性材料102。这里，第一磁性材料101和第二磁性材料102阻挡不同频带的电磁波。这里，不同的频带是指将要集中或阻挡的主要频率区域不同，而不是指聚集和阻挡的电磁波的频率完全不同。
详细地讲，第一磁性材料101可阻挡的频带范围为100KHz至300KHz，第二磁性材料102可阻挡的频带范围为6MHz至7MHz。具体地讲，第一磁性材料101可执行用于电磁耦合方案的阻挡功能，第二磁性材料102可执行用于磁共振耦合的阻挡功能。以这种方式，本示例性实施例中提出的电磁波阻挡片100针对不同的频带来执行集中和阻挡功能，从而在单个片材中实现不同的无线充电方案，因此，有利于减小无线充电装置或电子装置的厚度。
为了执行上述功能，可使用由非晶态合金或纳米晶合金形成的薄板金属带(thin plate metal ribbon)作为第一磁性材料101。这里，可使用Fe基或Co基磁性合金作为非晶态合金。Fe基磁性合金可以是，例如，Fe-Si-B合金。随着包含Fe的金属的含量增加，饱和磁通密度可增大，但Fe的含量过多使得Fe基磁性合金难以成为非晶态。因此，Fe的原子百分比含量的变化范围可以是70％至90％，当硅(Si)和硼(B)的总和的原子百分比的变化范围为10％至30％时，可获得合金的最佳的非晶态形成能力。相对于基本成分，可添加原子百分比为20％的量的诸如铬(Cr)或钴(Co)的耐腐蚀元素以防止腐蚀，或者可根据需要添加少量的其他金属元素以提供其他特性。
在使用纳米晶合金的情况下，可使用Fe基纳米晶磁性合金。作为Fe基纳米晶磁性合金，可使用Fe-Si-B-Cu-Nb合金。
第二磁性材料102可由软磁性材料形成。例如，第二磁性材料102可由Mn-Zn基、Mn-Ni基、Ba以及Sr基铁氧体材料形成，此外，这些材料可形成为纳米晶粉末。
为了在第一磁性材料101中形成通孔，可使用本领域中已知的工艺。例如，通孔可通过机械地加工金属带来形成。此外，在本示例性实施例中，提出了可在两个频带中起作用的片材；然而，不限于此，可根据期望的频带使用三种或更多种磁性材料。
具有上述结构，电磁波阻挡片100可减小涡电流的影响并且可执行多个频带的阻挡功能。在诸如无线充电的过程中，由于在电磁波阻挡片100内根据磁通量的变化的电动势会导致产生涡电流。在本示例性实施例中，为了减小涡电流的影响，第二磁性材料102由具有比第一磁性材料101的电阻率高的电阻率的材料形成，即，具有更低的导电率的材料。当使用前述材料时(例如，在金属带被用作第一磁性材料并且铁氧体被作用第二磁性材料的情况下)，也可获得这种构造。在这种情况下，由于具有相对低的导电率的第二磁性材料102布置在第一磁性材料101中，因此可减小第一磁性材料101中产生的涡电流。这里，为了进一步提高涡电流减小功能，第二磁性材料102可由具有电绝缘性质的材料形成。
为了执行上述功能，第二磁性材料102可如图3中所示在第一磁性材料101中被布置为规则的图案。相对于图3，所述图案也可变型为锯齿状(zigzag form)。此外，第二磁性材料102可在第一磁性材料101中被布置为不规则形式，而且，在这种情况下，可表现出集中和阻挡电磁波和减小涡电流的功能。
电磁波阻挡片100可具有包括多个层的堆叠的结构，而不是由单个层构成。在这种情况下，可根据预期的阻挡功能或电子装置的尺寸来适当地调节堆叠的层的数量。参照图5至图7，在这些示例性实施例中示出的电磁波阻挡片中，第一磁性层104可被设置为多个，以具有堆叠的结构，第一磁性层104中的每个可通过粘合层103结合。如图5所示，第一磁性层104可通过粘合层103结合到第二磁性层105。此外，如图6所示，第一磁性层104可通过粘合层103结合到第二磁性层105的第一表面，第二磁性层105可通过另一粘合层103结合到另一第一磁性层104。可选择地，如在图7的示例中，第一磁性层104可在不使用粘合层的情况下结合到第二磁性层105。第一磁性层104和第二磁性材料105可分别包括第一磁性材料101和第二磁性材料102。
在不使用粘合层的情况下，第一磁性层104可以以膏或未固化的状态堆叠在第二磁性层105上，可将压力或热施加到第一磁性层104上以获得上述的堆叠的结构。
在使用堆叠多个第一磁性层104和第二磁性层105的结构的情况下，可调节第二磁性材料102的位置，以提高电磁波阻挡功能。详细地讲，如图5至图7所示，多个第一磁性层104和第二磁性层105中第二磁性材料102和设置在其上或其下的其他第二磁性材料102可以是交错的(即，可设置在交错的位置)，通过这种设置，可更有效地实现阻挡电磁波。
将参照图8和图9描述根据另一示例性实施例的电磁波阻挡片。在图8中示出的示例性实施例中，第一磁性材料101'碎裂成多个碎片，通过该碎裂处理，可进一步减小第一磁性材料101'的涡电流。除了第一磁性材料101'之外，如在图9示出的示例性实施例中，第二磁性材料102'可根据需要碎裂分成多个碎片。
如上所述，在示例性实施例中提出的用于屏蔽电磁波的片材和无线充电装置执行阻挡多个频带的功能。因此，电磁波阻挡片和无线充电装置可被用在多个无线充电方案中。
此外，使用电磁波屏阻挡片和无线充电装置可减小涡电流的影响，提高热特性(heating characteristics)并提高充电效率。
虽然已经在上面示出和描述了示例性实施例，但本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以做出修改和变型。

Claims (21)

1.一种用于屏蔽电磁波的片材，所述片材包括：
第一磁性材料，具有沿厚度方向形成的多个通孔；
第二磁性材料，填充所述多个通孔并且阻挡与被第一磁性材料阻挡的电磁波的频带不同的频带。
2.如权利要求1所述的片材，其中，第一磁性材料阻挡的频带范围为100KHz至300KHz。
3.如权利要求1所述的片材，其中，第一磁性材料执行用于感应耦合方案的阻挡功能。
4.如权利要求1所述的片材，其中，第二磁性材料阻挡的频带范围为6MHz至7MHz。
5.如权利要求1所述的片材，其中，第二磁性材料执行用于磁共振耦合方案的阻挡功能。
6.如权利要求1所述的片材，其中，第二磁性材料在第一磁性材料中被布置为规则的图案。
7.如权利要求1所述的片材，其中，第二磁性材料由具有比第一磁性材料的电阻率高的电阻率的材料形成。
8.如权利要求1所述的片材，其中，第二磁性材料由软磁性材料形成。
9.如权利要求1所述的片材，其中，第二磁性材料由具有电绝缘性质的材料形成。
10.如权利要求1所述的片材，其中，第一磁性材料包括金属带。
11.如权利要求1所述的片材，其中，第一磁性材料和第二磁性材料设置在多个磁性层中，以具有堆叠的结构。
12.如权利要求11所述的片材，其中，粘合层置于多个磁性层中的相邻的磁性层之间。
13.如权利要求11所述的片材，其中，多个磁性层中的相邻的磁性层在不使用粘合层的情况下直接结合。
14.如权利要求11所述的片材，其中，在多个磁性层中的一个磁性层中的第二磁性材料相对于设置在多个磁性层中的相邻的磁性层中位于所述一个磁性层之上或之下的第二磁性材料是交错的。
15.如权利要求11所述的片材，其中，第一磁性材料包括多个碎片。
16.如权利要求15所述的片材，其中，第二磁性材料包括多个碎片。
17.一种无线充电装置，包括：
线圈单元；
电磁波阻挡片，设置在线圈单元与外部电池之间，所述电磁波阻挡片具有沿厚度方向形成的多个通孔的第一磁性材料以及填充所述多个通孔并阻挡与被第一磁性材料阻挡的电磁波的频带不同频带的第二磁性材料。
18.一种用于屏蔽电磁波的片材，所述片材包括：
第一磁性材料，阻挡第一频带的电磁波；
第二磁性材料，阻挡第二频率的电磁波，
其中，第一频带与第二频带不同。
19.如权利要求18所述的片材，其中，第二磁性材料的导电率比第一磁性材料的导电率低。
20.如权利要求18所述的片材，其中，第一磁性材料和第二磁性材料被布置在多个磁性层中。
21.如权利要求20所述的片材，所述片材还包括置于多个磁性层中的相邻的磁性层之间的粘合层。
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