CN107112789A - 散热单元及具有其的无线电力收发装置 - Google Patents

散热单元及具有其的无线电力收发装置 Download PDF

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Abstract

本发明的散热单元为用于对无线电力传输装置工作时所产生的热量进行散热的装置，上述散热单元包括：多个导热性金属层，层叠两个以上；以及粘结层，用于粘结上述多个导热性金属层之间，从而可防止基于涡电流损耗的充电效率的下降，提高散热性能。

Description

散热单元及具有其的无线电力收发装置
技术领域
本发明涉及散热，具体地，涉及对在智能手机等的电子设备或电动汽车内置的电池进行充电的无线电力收发装置工作时所产生的热量进行散热的散热单元及具有其的无线电力收发装置。
背景技术
一般而言，手机、笔记本电脑、掌上电脑等的移动终端通过在内部具有电池，来使使用人员一边移动一边使用。这种移动终端需要充电器，以对电池进行充电，充电器通过与一般常用电源相连接，来对移动终端的电池供给充电电流。
为使充电器向移动终端的电池提供充电电流，形成充电器的充电母体与移动终端的电池需要电连接。
现有充电器以有线的方式与移动终端相连接，为了进行有线连接，具有接线端子。因此，当要对移动终端的电池进行充电时，需要使移动终端的连接端子与充电器的连接端子相互连接。
但是，在如上所述的连接端子方式中，端子的规格和模样会按照设备而不同，因而存在使用人员每次都需要购买新充电装置的困难。
为解决这种问题，提出了非接触式磁感应方法，即，无线充电方式。无线充电器可分为磁感应(Magnetic Induction,MI)方式(即，标准规格)和磁共振(MagneticResonance,MR)方式(即，标准规格)，上述磁感应方式的代表性的两种方式可有无线充电联盟(WPC，Wireless Power Consortium)方式(即，标准规格)及电力事业联盟(PMA，PowerMatters Alliance)方式(即，标准规格)。
如在授权专利公报10-1169661(2012年07月24日)中所公开的内容，无线电力接收器作为通过无接触点的方式与设置有第一次线圈的外部的充电发送器相邻设置来对电池进行充电的无线电力接收器，包括：本体；第二次线圈，设置于上述本体，借助在第一次线圈产生的感应磁场，来产生感应电动势，与上述电池相连接；接收铁氧体部件，配置于上述第二次线圈的后部面，使上述感应磁场很好地感应到上述第二次线圈；以及磁屏，通过配置于上述接收铁氧体部件的后部面，来阻断上述感应磁场向上述电池方向散出，上述磁屏通过层叠聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜和非晶质带来由轻量的柔韧材质形成，在上述磁屏的后部面设置用于对在第二次线圈产生的热量进行散热的散热片。
散热片由对在第二次线圈产生的热量进行扩散的散热金属板形成。这种散热金属板虽然执行散热作用，但在散热金属板本身会产生涡电流(Eddy Current)，因而会成为因涡电流损耗而导致充电效率降低的原因。
涡电流可借助电磁感应将在第二次线圈产生的交流磁场感应到作为导体的金属板内部，从而产生涡电流损耗(Eddy Current Loss)，涡电流损耗Pe由如下数学式1表达。
数学式1
pe＝ke(Bmax tf)2
其中，Ke为材料整数，t为厚度，f为频率。
如上述数学式1，涡电流损耗Pe与散热金属板的厚度t的平方成正比。
因此，当散热金属板的厚度薄时，虽然可减少涡电流损耗，但因散热面积减少，而产生降低散热性能的问题，当散热金属板的厚度厚时，虽然散热性能会提高，但因涡电流损耗与金属板的厚度的平方成正比，因而产生降低充电效率的问题。
目前正在使用的散热金属板由于要进行无线电力器所需的散热功能，因而制作成可将温度降低至设定温度的厚度。因此，目前使用的散热金属板会产生涡电流损耗，由此存在降低充电效率的问题。
发明内容
要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供提高散热性能且可防止充电效率降低的散热单元及无线电力收发装置。
解决问题的方案
本发明的散热单元包括：多个导热性金属层，层叠两个以上；以及粘结层，用于粘结上述多个导热性金属层之间。
由此，通过层叠厚度薄的多个导热性金属层来形成散热单元，从而可减少厚度因子所导致的涡电流损耗，因此，可提高充电效率且可抑制热量的产生。
上述多个导热性金属层可由铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、铝(Al)或它们的合金形成。
上述多个导热性金属层的厚度可相同。
上述粘结层可以是包含导热物质的粘结层。
上述导热物质可由导热性金属粉末、导热性碳(Carbon)、导热性炭黑(CarbonBlack)、碳纳米管(CNT)以及传导性聚合物(PDOT)中的一种形成。
本发明还提供具有如上所述的散热单元的无线电力收发装置。
其中，无线电力发送装置可包括：无线电力发送线圈；屏蔽单元，用于屏蔽在上述无线电力发送线圈产生的磁场；以及如上所述的散热单元，用于对在上述无线电力发送线圈产生的热量进行散热。
而且，无线电力接收装置可包括：无线电力接收线圈；屏蔽单元，用于屏蔽在上述无线电力接收线圈产生的磁场；以及如上所述的散热单元，用于对在上述无线电力接收线圈产生的热量进行散热。
上述屏蔽单元与散热单元可借助第二粘结层相互贴合，从而形成为一体型。
上述屏蔽单元可由层叠电阻率不同的两种磁片而成的第一屏蔽片及第二屏蔽片形成。
上述第一屏蔽片可使用非晶质合金的带片或纳米结晶粒合金的带片。
上述第二屏蔽片可使用铁氧体片或由磁性粉末和树脂形成的聚合物片。
上述铁氧体片可使用镍锌(Ni-Zn)铁氧体或锰锌(Mn-Zn)铁氧体。
上述第一屏蔽片的厚度可为20～300μm，上述第二屏蔽片的厚度可为30～500μm。
上述第一屏蔽片与第二屏蔽片之间借助第三粘结层粘结，在上述第一屏蔽片的一面可借助第四粘结层层叠有保护盖。
上述第一屏蔽片及第二屏蔽片可分别以分离成多个微细块的形态形成。
发明的效果
本发明的散热单元由通过层叠厚度薄的多个导热性金属层来形成散热单元，从而可减少厚度因子所导致的涡电流损耗，因此，可提高充电效率且可抑制热量的产生。
附图说明
图1为本发明一实施例的无线电力发送装置的结构图。
图2为本发明一实施例的无线电力发送装置的无线电力发送线圈顶视图。
图3为本发明一实施例的无线电力接收装置的结构图。
图4为本发明一实施例的散热单元的剖视图。
图5为本发明另一实施例的散热单元的剖视图。
图6为本发明另一实施例的无线电力发送装置的结构图。
图7为本发明另一实施例的无线电力接收装置的结构图。
图8为本发明的复合单元的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。在这一过程中，附图所示的结构要素的大小或形状等可以为了说明的明确性和方便而以夸张的方式示出。并且，后述的术语为考虑到在本发明中所起到的功能而定义的术语，这可根据使用人员、运用人员的意图或惯例而有所不同。对这种术语的定义应基于本说明书全文内容来定义。
参照图1，本发明的一实施例的无线电力发送装置包括：无线电力发送线圈100，借助磁感应方式，对电子设备的电池进行充电；屏蔽单元200，配置于无线电力发送线圈100的一面，用于屏蔽在无线电力发送线圈100产生的磁场；以及散热单元300，用于对在无线电力发送线圈100产生的热量进行散热。
本发明一实施例的无线电力发送装置包括电路部(未图示)，上述电路部利用常用的交流电源，来以高效率向无线电力发送线圈100施加无线发送用电力。
本发明的无线电力发送装置可满足无线电力联盟规格的A6型无线电力器。如图2所示，本发明的无线电力发送线圈10由三个线圈12、14、16形成，第一线圈12与第二线圈14以水平的方式配置，在第一线圈12与第二线圈14上通过层叠第三线圈16来使用，以满足无线电力联盟规格的A6型无线电力器。
除了三个线圈的结构以外，无线电力发送线圈100还可以通过层叠一个及两个或三个以上的线圈来使用。
参照图3，本发明一实施例的无线电力接收装置包括：无线电力接收线圈120，与无线电力发送装置相向，通过与内置于设备本体50的电池电连接，来借助磁感应方式对电池进行充电；屏蔽单元200，配置于无线电力接收线圈120的上侧，用于屏蔽在无线电力接收线圈120产生的磁场；以及散热单元300，用于对在无线电力接收线圈120产生的热量进行散热。
在由无线电力接收线圈120、屏蔽单元200及散热单元300形成的无线电力接收装置设置于设备本体50的情况下，可设置于电池盖52。而且，除了直接设置于设备本体50的结构以外，无线电力接收装置还可以设置于在设备本体50所设置的单独的外壳。
无线电力接收线圈120起到如下的作用，即，借助在无线电力发送装置的无线电力发送线圈100产生的感应磁场来产生感应电动势，以对电池进行充电。
如图4所示，根据一实施例的散热单元300包括：层叠成多层的导热性金属层110；以及粘结层116，通过附着于导热性金属层110之间，来使多个导热性金属层110之间相互粘结。
这种散热单元300可适用于无线电力发送装置的散热单元和无线电力接收装置的散热单元中的至少一个。
导热性金属层110可使用导热性优秀的铝、镍、铜、银等的导热性金属板。
而且，粘结层116可使用包含导热物质的粘结带。其中，导热物质可使用导热性优秀的镍、铜、银等的导热性金属及传导性碳(Carbon)、传导性炭黑(Carbon Black)、碳纳米管(CNT)、传导性聚合物(PDOT)中的一种，此外，只要具有导热性物质，任何物质均可适用。
用于散热的金属板虽然通过扩散在无线电力发送线圈产生的热量来进行散热功能，但成为因在金属板产生涡电流而降低充电效率的原因。即，散热金属板越薄，可越减少涡电流损耗，但当散热金属板的厚度薄时，会产生降低散热性能的问题。
为此，在本发明中，具有与将发热体的发热温度降低至预先设定的温度所需的单层结构的散热金属板相同的厚度，通过层叠多个厚度薄的金属板，来减少涡电流损耗，从而使充电效率的降低现象最小化，维持相同的散热性能。
表1中示出在使散热金属板维持相同的整体厚度且以相同的厚度分为两个或三个来进行层叠的情况下测量的散热性能和充电效率的变化。
表1
厚度(μm) 充电效率 散热性能
一个金属板 30 降低2.0％ -5℃
两个金属板 30 降低1.0％ -5℃
三个金属板 30 降低0.5％ -5℃
如表1所示，当金属板为一个时，虽然其散热性能为较为优秀的-5℃，但因涡电流损耗与金属板的厚度平方(t2)成正比，因而充电效率降低2.0％，从而对充电性能造成不利的影响。
而且，两个金属通过层叠两张厚度为15μm的金属板来具有与一个金属板相同的厚度，因此其散热性能与一个金属板相同。但是，在使用两个金属板的情况下，涡电流损耗将被减少至使用一个金属板的情况的1/2。因此，由于在两个金属板分别降低0.5％的充电效率，最终只降低1.0％。
像这样，与一个金属板的情况相比，在层叠两个的情况下，可具有相同的散热性能，与使用1个金属板时相比，使充电效率的下降率降低50％左右。
而且，三个金属板通过层叠三张厚度为10μm的金属板来具有与一个金属板相同的厚度，因此其散热性能与一个金属板相同。但是，在使用三个金属板的情况下，涡电流损耗与三个金属板各自的厚度的平方成正比，因此层叠三个金属板的结构使涡电流损耗减少至1/3。
因此，由于在三个金属板分别降低充电效率，最终只降低0.5％。
像这样，越增加金属板的数量，在维持散热性能的同时，越使充电效率的降低现象下降。
如图4所示，根据一实施例的散热单元300包括：第一导热性金属层112；第二导热性金属层114，层叠在第一导热性金属层112；以及粘结层116，通过层叠在第一导热性金属层112与第二导热性金属层114之间，来贴合两个导热性金属层。
第一导热性金属层112和第二导热性金属层114具有相同的厚度，可由导热性优秀的相同金属材料形成，也可由互不相同的两种金属材料形成。
如图5所示，根据另一实施例的散热单元400包括：第一导热性金属层410；第二导热性金属层420，层叠在第一导热性金属层410；第三导热性金属层430，层叠在第二导热性金属层420；第一粘结层440，附着于第一导热性金属层410与第二导热性金属层420之间：以及第二粘结层450，层叠在第二导热性金属层420与第三导热性金属层430之间。
其中，将根据一实施例的第一导热性金属层112的厚度t1和第二导热性金属层114的厚度t2相加的厚度与将根据另一实施例的第一导热性金属层410的厚度t3、第二导热性金属层420的厚度t4及第三导热性金属层430的厚度t5相加的厚度相同。
即，通过使两个金属层的厚度的和与三个金属层的厚度的和相同，来呈现出相同的散热性能，与两个金属层相比，三个金属层的充电效率有所提高。
按照使用领域，这种散热单元也可通过层叠四张以上导热性金属层来使用。
像这样，本发明的散热单元以层叠多层的导热性金属层的方式形成，从而通过使涡电流损耗最小化，来防止降低充电效率，且提高散热性能。
如图5所示，另一实施例的无线电力发送装置包括：无线电力发送线圈100，借助磁感应方式，对电子设备的电池进行充电；以及复合单元500，以与无线电力发送线圈100层叠的方式配置，执行屏蔽在无线电力发送线圈100产生的磁场和对在无线电力发送线圈100产生的热量进行散热的作用。
如图6所示，另一实施例的无线电力接收装置包括：无线电力接收线圈120，借助磁感应方式，对电子设备的电池进行充电；以及复合单元500，以与无线电力接收线圈120层叠的方式配置，执行屏蔽在无线电力接收线圈120产生的磁场和对在无线电力发送线圈100产生的热量进行散热的作用。
如图7所示，复合单元500包括：屏蔽单元510，用于屏蔽在无线电力发送线圈100或无线电力接收线圈120产生的磁场；散热单元520，通过层叠在屏蔽单元510，来对在无线电力发送线圈100产生的热量进行散热；以及第二粘结层620，用于粘结屏蔽单元510与散热单元520之间。
像这样，复合单元500通过由屏蔽单元510与散热单元520借助第二粘结层620贴合，来形成为一体型。
散热单元520通过层叠多个导热性金属层112、114而成，在导热性金属层112、114之间具有用于粘结多个导热性金属层112、114之间的第一粘结层610。
这种散热单元520具有与在上述一实施例中说明的散热单元300相同的结构。
屏蔽单元510可由具有导磁率特性的一个屏蔽片形成，也可通过层叠具有互不相同的导磁率的多个屏蔽片来形成。
具体而言，屏蔽单元510包括：高导磁率的第一屏蔽片22；以及第二屏蔽片24，层叠在第一屏蔽片22，电阻率相对高于第一屏蔽片22。
第一屏蔽片22与第二屏蔽片24之间通过第三粘结层630来附着。
屏蔽片通常单独使用薄膜型、导磁率较高的通过加压烧结方式(Press)制造的锰锌(MnZn)铁氧体，锰锌铁氧体通过如下的方法制造，即，在经过高压压制工序使铁氧体粉体成型后，通过烧结来磨削(grinding)成所需的厚度，因此，其制造工序复杂，且难以批量生产。
而且，锰锌铁氧体因以压烧结方式制备，而难以制造为小于500μm的薄膜，并且由于脆性强，易于因外部冲击而破碎，因而难以使用在设置于汽车的无线电力发送装置等的从外部受到冲击的地方。在被作为屏蔽片使用的锰锌铁氧体因冲击而破碎的情况下，因导磁率变化，可对形成用于传输无线电力的天线的无线电力接收线圈的电感造成影响。
对此，代替锰锌铁氧体，可考虑将镍锌(NiZn)铁氧体或非晶质合金的带片等用作屏蔽片，镍锌铁氧体因导磁率低，因而为了呈现出与锰锌铁氧体相同的导磁率特性，其厚度需达到锰锌铁氧体厚度的两倍以上，另一方面，非晶质合金的带片为薄膜型且呈现出与锰锌铁氧体相匹敌的导磁率特性，但存在因涡电流损耗大而产生热量的问题。
因此，在本发明中，为提高导磁率、降低涡电流损耗，以分别为薄膜型、由互不相同的两种磁片形成的混合型的方式层叠多个屏蔽片来使用，从而解决上述问题。
第一屏蔽片22可使用导磁率相对高于第二屏蔽片24的屏蔽片，与第二屏蔽片24可使用电阻率相对高于第一屏蔽片22的磁体，以达到降低涡电流损耗。
第一屏蔽片22使用薄膜型、高导磁率的非晶质合金的带片或纳米结晶粒合金的带片，优选地，以分离成多个微细块的形态来使用，从而抑制涡电流的产生。
第二屏蔽片24使用导磁率相对低于第一屏蔽片22的屏蔽片，例如，可使用铁氧体片、聚合物片等，具体地，可使用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体。优选地，第二屏蔽片24与第一屏蔽片22相同，以分离成多个微细块的形态使用，从而抑制涡电流的产生。
因此，在通过层叠第一屏蔽片22和第二屏蔽片24来使用的情况下，首先在表面电阻大的第二屏蔽片24屏蔽磁场，因而可获得在第一屏蔽片22产生的涡电流损耗不大且基于使用薄膜型非晶质合金带片或纳米结晶粒合金带片而形成的具有高导磁率的混合(Hybrid)片。
其中，代替铁氧体片，第二屏蔽片24可使用由非晶质合金粉末、软磁性体粉末、铝硅铁粉(Sendust)等的高导磁率的磁性粉末和树脂形成的聚合物片。
在此情况下，优选地，非晶质合金粉末使用包含一种以上的非晶质合金的非晶质合金粉末，上述非晶质合金具有选自由Fe-Si-B、Fe-Si-B-Cu-Nb、Fe-Zr-B及Co-Fe-Si-B组成的组中的组成。
上述聚合物片由磁性粉末和树脂形成，因此涡电流损耗小，与铁氧体片相同地使导磁率较低，但当在充电线圈产生的磁场被放射时，由于在经过聚合物片的过程中使磁场大大衰减，因而在层叠于一面的非晶质带片的第一屏蔽片22起到使涡电流损耗的产生最小化的作用。
在第一屏蔽片22的一面层叠有具有第四粘结层640的保护膜700。
其中，优选地，第一屏蔽片22呈分离成多个块的形态，其多个块之间的缝隙中可填充有形成第三粘结层630及第四粘结层640的粘结剂的一部分。因此，第一屏蔽片22呈多个微细块之间借助粘结剂部分围住的形态，由此抗外部冲击，因而也可使用在设置于汽车的无线电力器等的设置于产生外部冲击的地方的无线电力器。
例如，保护膜700可使用，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚酰亚胺膜、聚酯膜、聚苯硫醚(PPS)膜、聚丙烯(PP)膜、聚对苯二甲酸酯(PTFE)等的氟树脂类膜等，通过第四粘结层640，来附着于第一屏蔽片22的一面。
第一粘结层610、第二粘结层620、第三粘结层630及第四粘结层640可使用传导性粘结剂，也可使用绝缘性粘结剂，例如，可使用丙烯酸类粘结剂，当然也可使用其他种类的粘结剂。
像这样，本发明的复合单元500可同时执行磁场屏蔽功能和散热功能，散热单元520通过层叠多个导热性金属层而成，从而可防止涡电流损耗所导致的充电效率的降低，屏蔽单元510通过层叠导磁率互不相同的两种的第一屏蔽片22及第二屏蔽片24形成，由此提高导磁率、降低涡电流损耗，从而提高充电效率。
以上，虽在附图中举例示出本发明的特定优选实施例并进行说明，但本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本发明的思想的范围内，可由本发明所属技术领域的普通技术人员进行多种变更和修正。

Claims (20)

1.一种散热单元，用于对无线电力传输装置工作时所产生的热量进行散热，其特征在于，包括：
多个导热性金属层，层叠两个以上；以及
粘结层，用于粘结上述多个导热性金属层之间。
2.根据权利要求1所述的散热单元，其特征在于，上述导热性金属层为铜、银、镍、铝中的一种或它们的合金。
3.根据权利要求1所述的散热单元，其特征在于，上述多个导热性金属层由相同的厚度形成。
4.根据权利要求1所述的散热单元，其特征在于，上述粘结层为包含导热物质的粘结层。
5.根据权利要求4所述的散热单元，其特征在于，上述导热物质为导热性金属粉末、导热性碳、导热性炭黑、碳纳米管及传导性聚合物中的一种。
6.一种无线电力发送装置，其特征在于，包括：
无线电力发送线圈；
屏蔽单元，用于屏蔽在上述无线电力发送线圈产生的磁场；以及
权利要求1至5中任一项所述的散热单元，用于对在上述无线电力发送线圈产生的热量进行散热。
7.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述屏蔽单元与散热单元借助第二粘结层相互贴合，从而形成为一体型。
8.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述屏蔽单元由层叠电阻率不同的两种磁片而成的第一屏蔽片及第二屏蔽片形成。
9.根据权利要求8所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述第一屏蔽片使用非晶质合金的带片或纳米结晶粒合金的带片。
10.根据权利要求8所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述第二屏蔽片使用铁氧体片或聚合物片。
11.根据权利要求10所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述铁氧体片为镍锌铁氧体或锰锌铁氧体。
12.根据权利要求8所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述第一屏蔽片的厚度为20～300μm，上述第二屏蔽片的厚度为30～500μm。
13.根据权利要求8所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述第一屏蔽片与第二屏蔽片之间借助第三粘结层粘结，在上述第一屏蔽片的一面借助第四粘结层层叠有保护盖。
14.根据权利要求8所述的无线电力发送装置，其特征在于，上述第一屏蔽片及第二屏蔽片分别以分离成多个微细块的形态形成。
15.一种无线电力接收装置，其特征在于，包括：
无线电力接收线圈；
屏蔽单元，用于屏蔽在上述无线电力接收线圈产生的磁场；以及
权利要求1至5中任一项所述的散热单元，用于对在上述无线电力接收线圈产生的热量进行散热。
16.根据权利要求15所述的无线电力接收装置，其特征在于，上述屏蔽单元与散热单元借助第二粘结层相互贴合，从而形成为一体型。
17.根据权利要求15所述的无线电力接收装置，其特征在于，上述屏蔽单元由作为电阻率不同的两种磁片的第一屏蔽片及第二屏蔽片形成。
18.根据权利要求17所述的无线电力接收装置，其特征在于，上述第一屏蔽片使用非晶质合金的带片或纳米结晶粒合金的带片。
19.根据权利要求17所述的无线电力接收装置，其特征在于，上述第二屏蔽片使用铁氧体片或聚合物片。
20.根据权利要求17所述的无线电力接收装置，其特征在于，上述第一屏蔽片的厚度为20～300μm，上述第二屏蔽片的厚度为30～500μm，上述第一屏蔽片及第二屏蔽片分别以分离成多个微细块的形态形成。
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