CN107634590A - 多层导磁装置及其在无线充/供电中的使用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于无线充电的多层导磁装置，包括：由软磁材料制成的第一片状部件，第一片状部件具有通过图案化处理被切穿而形成的第一图案，第一图案包括从第一片状部件的内部延伸到第一片状部件的边缘的线条；以及由软磁材料制成的第二片状部件，第一片状部件设置在第二片状部件上，第二片状部件包括如下之一，(i)未进行图案化处理的片状部件，和(ii)具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的第二图案的片状部件，第二图案与第一图案不重叠。上述多层导磁装置用于磁屏蔽时，不仅由于软磁材料的磁导率高、易加工，增强了屏蔽效果、提高了设计灵活性，适用于小型化、轻薄化产品；还通过图案化处理，减少了涡流和发热，提高了能量传输效率。

Description

多层导磁装置及其在无线充/供电中的使用

技术领域

本发明涉及无线充/供电应用，尤其涉及能够在无线充/供电过程中用于无线充电发射和接收线圈的、具备磁屏蔽功能的多层导磁装置，及其制造方法和在无线充/供电系统中的应用。

背景技术

无线充/供电技术在很多领域中，尤其是在移动消费电子产品以及有源植入式医疗设备中得以应用，通常基于电磁耦合原理通过电磁感应对产品进行充/供电。

然而，在基于电磁耦合原理进行的无线充/供电过程中，存在对电子设备的电磁干扰问题，以及由于涡流效应而使得附近环境中的金属部件被加热等问题，这在有源植入式医疗设备中尤其是希望避免的，涡流引起的加热不仅消耗电能而且也可能带来组织损伤。

针对这些问题，目前的无线充/供电系统在充电发射线圈或接收线圈的一侧设置磁屏蔽材料，来改善对电子设备的电磁干扰、降低涡流，并且提高充电效率。但是，传统的铁氧体磁屏蔽材料加工难度大、且易脆，难以制成薄片，使得其在小型化、轻薄化产品中的应用受限。

发明内容

期望提供一种磁屏蔽材料，其具有超高磁导率、适用于提高磁屏蔽效果；易加工、可成形为柔性超薄带材，从而适用于小型化、轻薄化产品。再者，期望提供一种磁屏蔽装置，其能够更好地抑制充电电磁场对电子设备的电磁干扰，并降低涡流损耗及其引起的发热。

根据本发明的一个实施例，提供一种用于无线充电的多层导磁装置，该多层导磁装置包括：由软磁材料制成的第一片状部件，第一片状部件具有通过图案化处理切穿所述第一片状部件形成的第一图案，所述第一图案包括从所述第一片状部件的内部延伸到所述第一片状部件的边缘的线条；以及由软磁材料制成的第二片状部件，所述第一片状部件设置在所述第二片状部件上，所述第二片状部件包括如下之一，(i)未进行图案化处理的片状部件，和(ii)具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的第二图案的片状部件，所述第二图案与所述第一图案不重叠。

根据本发明的另一实施例，提供一种无线充/供电系统，其包括：空心线圈，其可连接到电源；电子部件；以及根据本发明的多层导磁装置，所述多层导磁装置设置在所述空心线圈和所述电子部件之间，其中，所述第一片状部件设置在所述空心线圈的一个端面处，所述第二片状部件设置在邻近所述电子部件处，从而使得当使用所述无线充/供电系统进行充/供电时，所述多层导磁装置能够屏蔽由所述空心线圈产生的电磁场对所述电子部件的干扰。

根据本发明的另一实施例，提供一种植入式医疗仪器，包括：可充电式电池/电容；线圈组件，其用于通过电磁耦合产生电流，从而为所述可充电式电池/电容充电或供电；电子部件；以及根据本发明的多层导磁装置，所述多层导磁装置设置在所述线圈组件和所述可充电式电池/电容之间，其中，所述第一片状部件设置在邻近所述线圈组件一个端面处，所述第二片状部件设置在邻近所述可充电式电池/电容处，从而使得当对所述植入式医疗仪器进行充/供电时，所述多层导磁装置能够屏蔽在所述电磁耦合中产生的电磁场对所述可充电式电池/电容和所述电子部件的干扰。

根据本发明的又一实施例，提供一种医疗系统，包括如下中的至少一个：根据本发明的无线充/供电系统，其设置在对象的体外，以及根据本发明的植入式医疗仪器，其设置在对象的体内，其中，所述无线充/供电系统能够用于对所述植入式医疗仪器进行充/供电。

根据本发明的再一实施例，提供一种制造根据本发明的多层导磁装置的方法，包括：获取由软磁材料制成的第一片状部件；对所述第一片状部件进行图案化处理、切穿所述第一片状部件形成第一图案，所述第一图案包括从所述第一片状部件的内部延伸到所述第一片状部件的边缘的线条；获取由软磁材料制成的第二片状部件，所述第二片状部件包括如下之一，(i)未进行图案化处理的片状部件，和(ii)具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的第二图案的片状部件，所述第二图案与所述第一图案不重叠；将所述第一片状部件设置在所述第二片状部件上。

根据本发明的上述实施例，一方面，使用诸如纳米晶的软磁材料作为磁屏蔽材料，该材料兼顾具有超高磁导率(大于80000)和易加工的特点，其可成形为柔性超薄带材，厚度甚至能够达到约20微米，这便于在小型化、轻薄化产品中应用，增加了产品设计的灵活性，同时，由于具有超高磁导率，该材料适用于磁屏蔽并且能够增加屏蔽效果；另一方面，采用至少两层磁屏蔽材料，对靠近充电发射线圈或接收线圈的内层磁屏蔽材料进行蚀刻处理，而对外层磁屏蔽材料不进行蚀刻处理或者进行不同于内层磁屏蔽材料的蚀刻处理；软磁材料在具有适于作为磁屏蔽材料的超高磁导率的同时，还具有高电导率，从而可能造成涡流增大，因此，根据本发明，对内层磁屏蔽材料进行蚀刻，从而减少涡流，提高能量传输效率并降低发热，进一步使用外层磁屏蔽材料屏蔽通过蚀刻部分的磁力线，增强磁屏蔽效果，从而降低对电子设备的电磁干扰。与现有技术相比，根据本发明的实施例的磁屏蔽装置不仅更小、更薄，便于加工，而且也能够降低涡流损耗、减少发热，提高能量传输效率，同时更好地抑制电磁场对电子设备的干扰。

附图说明

图1a和1b示出了根据本发明一个实施例的用于磁屏蔽的多层导磁装置；

图2a和2b示出了包括根据本发明一个实施例的多层导磁装置的无线充/供电系统；

图3示出了包括根据本发明一个实施例的多层导磁装置的植入式医疗仪器；

图4示出了用于制造根据本发明的一个实施例的多层导磁装置的方法。

参照上述附图来描述本发明的各个方面和特征。通常采用相同或相似的附图标号来表示相同的部件。上述附图仅仅是示意性的，而非限制性的。在不脱离本发明的主旨的情况下，在上述附图中各个元件的尺寸、形状、标号、或者外观可以发生变化，而不被限制到仅仅说明书附图所示出的那样。

具体实施方式

本领域技术人员能够理解，无线充/供电在许多领域内具有应用前景，包括为如手机、计算机和汽车这样的耗电设备进行充/供电，这里，向可充电式电池传递电能被称为充电，而向电容传递电能被称为供电。本发明的多层导磁装置能够应用于上述任何领域之一，用于在无线充/供电过程中为电子设备屏蔽电磁干扰。以下主要参照无线充/供电在医疗领域中的应用，尤其是对植入式医疗仪器进行充/供电的应用，来描述本发明的多层导磁装置。该植入式医疗仪器包括但不限于心脏起搏器、脑起搏器、肌肉刺激器、神经刺激器或人工耳蜗等。

本领域技术人员还能够理解，根据本发明的各个实施例制备的多层导磁装置可作为无线充/供电系统中的磁性材料，用于无线充/供电系统的发射端和/或接收端，起到对充电线圈的导磁功能，和/或对其他电路的屏蔽功能。

图1a和1b示出了根据本发明一个实施例的用于磁屏蔽的多层导磁装置10。该多层导磁装置包括两层由软磁材料制成的片状部件，所述软磁材料如纳米晶等，其中，第一片状部件11设置在第二片状部件12上。图1b示出了第一片状部件11和第二片状部件12的各一个实施例。

如图1b所示，第一片状部件11具有软磁材料制成的薄片13，以及通过图案化处理切穿该薄片而形成的第一图案，例如通过蚀刻来实现所述图案化处理。该第一图案优选是具有分形特征的线条14，例如图1b中示出的H分形的线条。本领域技术人员应当预期，其他具有分形特征的线条，例如具有希尔伯特分形特征的线条，也能够应用于本发明。参照图1b，该H分形特征曲线的其中一条线条从第一片状部件11的内部一直延伸到其边缘。通过这样进行图案化处理，能够进一步降低涡流、减少发热。第一片状部件11上的线条的宽度优选为约0.1毫米。

第二片状部件12在本实施例中是由软磁材料制成的完整薄片，未对其进行图案化处理。将该未处理的第二片状部件12附接到经图案化处理的第一片状部件11，能够拦截从第一片状部件11中的各个线条通过的磁力线，从而增强屏蔽效果。

虽然图1b示出了没有经过图案化处理的第二片状部件12，经过图案化处理的第二片状部件12也是可以预期的。第二片状部件12能够包括通过图案化处理被切穿而形成的第二图案，该第二图案与第一片状部件的第一图案不重叠。可以预期，在进一步的实施例中，第二图案也包括具有分形特征的线条，并且其中一条线条延伸到第二片状部件的边缘。第二图案的线条的宽度优选约0.1毫米。

纳米晶等软磁材料具有高磁导率，能够用于磁屏蔽；由于其与铁氧体等材料相比，体积更小，易加工，便于制成柔性超薄带材，例如约20微米，因此，增加了设计灵活性，能够在小型化产品中作为磁屏蔽材料。再者，本发明使用了多层导磁片来进一步增加了磁导率，并通过对不同的导磁片进行图案化处理，实现了降低涡流，减少发热等效果。

在进一步的实施例中，预期使用更多层由软磁材料制成的片状部件，来制作多层导磁装置。例如，在一个实施例中，能够将上述图1a和1b所示的多个多层导磁装置堆叠起来，形成一个新的多层导磁装置，即能够对该多层导磁装置中的各个片状部件交替进行图案化处理和不进行图案化处理。

在另一个实施例中，能够对该多层导磁装置中的任意相邻两个片状部件进行不同的图案化处理，使得它们的图案不重叠。例如，在图1所示的实施例中，当对第二片状部件进行了不同于第一片状部件的图案化处理后，能够按照第一片状部件、第二片状部件、第一片状部件的顺序，堆叠多个第一片状部件和第二片状部件。在进一步的实施例中，能够对多层导磁装置所包括的所有片状部件进行不同的图案化处理，使得它们的图案各不相同。在更宽泛的实施例中，能够简单地将多个第一片状部件直接堆叠在一个或多个第二片状部件上，只要保证多个片状部件中的任意两个之间具有不同的图案即可。在本发明的构思下，本领域技术人员还能够预期使用除上述说明的具体实施例之外的其他形式的各个片状部件形成多层导磁装置。

图2a和2b示出了包括根据本发明一个实施例的多层导磁装置210的无线充/供电系统200。图2a是所述无线充/供电系统200的侧视图，并且图2b是所述无线充/供电系统200的俯视图。图2a和2b示出了根据本发明的一个实施例如图1a和1b所示的多层导磁装置210安装到充电发射线圈端的应用。在图2b中，第二片状部件未显示出。

无线充/供电系统200包括用于充/供电的空心线圈220，该空心线圈220可连接到电源。所述无线充/供电系统200还包括用于磁屏蔽的多层导磁装置210和位于如电路PCB板上的电子部件230。多层导磁装置210位于空心线圈220和电子部件230之间，尤其地，该多层导磁装置210中经图案化处理的第一片状部件211设置在临近空心线圈210处，而第二片状部件212设置在临近电子部件230处。本领域技术人员应当能够预期，当根据不同的实施例，对第二片状部件进行了与第一片状部件不同的图案化处理时，将第二片状部件212设置在临近空心线圈210处，而第一片状部件211设置在临近电子部件230处，也是可行的。优选地，为了增强屏蔽效果，该多层导磁装置210的几何尺寸应当大于空心线圈220的几何尺寸。

当使用无线充/供电系统200对电子设备进行充电时，空心线圈220能够诱发电磁场，基于电磁耦合原理对电子设备进行充电。无线充/供电系统200中的多层导磁装置210设置在空心线圈220和电子部件230之间，能够在充电时屏蔽由空心线圈220诱发的电磁场对于电子部件230的影响，从而使得无线充/供电系统200的电子部件230能够正常工作。

图3示出了包括根据本发明一个实施例的多层导磁装置的植入式医疗仪器300。具体来说，该植入式医疗仪器包括根据图1a和1b所示的实施例的多层导磁装置。该多层导磁装置由第一片状部件311和第二片状部件312构成。本领域技术人员可以预期该多层导磁装置在其他进行无线充/供电的电子产品中使用。该植入式医疗仪器300还包括充电接收线圈组件320、可充电式电池/电容330，形成在诸如电路板上的电子部件340以及外壳350。多层导磁装置设置在线圈组件320和可充电式电池/电容330之间，将线圈组件320与可充电式电池/电容330和电子部件340隔离开。当线圈组件320响应于无线充/供电系统的发射线圈诱发的电磁场产生电流并对植入式医疗仪器300进行充/供电时，该多层导磁装置能够屏蔽在所述电磁耦合中产生的电磁场对可充电式电池/电容330和电子部件340的干扰。

与该多层导磁装置在无线充/供电线圈中的应用相似，根据本发明的一个实施例，该多层导磁装置中经过图案化处理的第一片状部件311临近充电接收线圈组件320设置，而未经图案化处理的第二片状部件312临近可充电式电池/电容330设置。这不是限制性的。根据其他实施例，当第二片状部件不同于第一片状部件被图案化处理时，使得第二片状部件临近线圈组件320也是可行的。优选地，为了增强屏蔽效果，该多层导磁装置的几何尺寸应当大于线圈组件320的几何尺寸。

在已经分别描述了上述的无线充/供电系统和如植入式医疗仪器的充电电子设备之后，能够预期一种系统，其包括上述无线充/供电系统和充电电子设备中的至少一个。尤其是一种医疗系统，其包括上面参照附图说明的无线充/供电系统和/或可植入式医疗仪器。

虽然已经参照图1a和1b所示的多层导磁装置，说明了其在无线充/供电系统以及充电电子设备中的应用，根据进一步的实施例，也能够设想将上面描述的包括更多层的多层导磁装置应用于无线充/供电系统以及充电电子设备中，起到电磁屏蔽的作用。

图4示出了用于制造根据本发明的一个实施例的多层导磁装置的方法400。具体来说，图4示出了用于制造图1a和1b所示的多层导磁装置10的方法。在步骤401中，获得由诸如纳米晶的软磁材料制成的第一片状部件。在步骤402中，对该第一片状部件进行图案化处理，切穿其形成第一图案。该第一图案包括从第一片状部件内部延伸到边缘的线条。在一个实施例中，该第一图案包括具有分形特征的线条，例如具有H分形或希尔伯特分形特征的线条。因此，任选地，本发明的方法还能够包括对第一片状部件进行图案化处理，形成具有分形特征的线条的第一图案的步骤(未示出)。优选地，该线条的宽度约为0.1毫米。

在步骤403中，获得由诸如纳米晶的软磁材料执行的第二片状部件。任选地，能够对该第二片状部件进行或不进行图案化处理。当需要对第二片状部件进行图案化处理时，第二片状部件中经图案化处理切穿而得到的第二图案应当与第一片状部件的第一图案不重叠。在一个实施例中，能够对第二片状部件进行图案化处理得到具有分形特征的第二图案。在另外的实施例中，该第二图案能够包括从第二片状部件的内部延伸到边缘的线条。在步骤404中，将第一片状部件设置在第二片状部件上，从而形成多层结构。

上面仅仅参照具有一个第一片状部件和一个第二片状部件的情况描述了本发明的方法，但是，多个第一片状部件或多个第二片状部件的情况也是可行的。在一个实施例中，在步骤401中，获得多个第一片状部件，对其中的每个第一片状部件进行不同的图案化处理；在步骤404中，将该多个第一片状部件叠置在第二片状部件上。优选地，任意相邻的两个片状部件之间的具有不同的图案。在另一个实施例中，在步骤401和403中分别获得多个第一片状部件和多个第二片状部件，在步骤404中，将他们交替设置。也可以预期第一片状部件和第二片状部件的其他设置和数量。对应第一片状部件和第二片状部件的不同设置和数量，上述参照图4示出的方法步骤之间可以修改、合并和/或拆分以形成新的方法步骤，而不脱离本发明的实质。

本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以现有技术中的任何形式来实现本发明的多层导磁装置。另外，具体的实施例仅仅是示意性的，而非限制性的。这些实施例之间能够任意组合，来实现本发明的目的。本发明的保护范围由所附的权利要求书来定义。

说明书和权利要求中的“包括”一词不排除其它元件或步骤的存在。在说明书中说明或者在权利要求中记载的各个元件的功能也可以被分拆或组合，由对应的多个元件或单一元件来实现。说明书和权利要求中的“第一”和“第二”仅仅用于表示名称，并不表示任何特定的顺序。

Claims (18)

1.一种用于无线充电的多层导磁装置，包括：

由软磁材料制成的第一片状部件，所述第一片状部件具有通过图案化处理切穿所述第一片状部件形成的第一图案，所述第一图案包括从所述第一片状部件的内部延伸到所述第一片状部件的边缘的线条；以及

由软磁材料制成的第二片状部件，所述第一片状部件设置在所述第二片状部件上，所述第二片状部件包括如下之一，(i)未进行图案化处理的片状部件，和(ii)具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的第二图案的片状部件，所述第二图案与所述第一图案不重叠。

2.根据权利要求1所述的多层导磁装置，包括设置在所述第二片状部件上的多个所述第一片状部件。

3.根据权利要求2所述的多层导磁装置，其中，所述多个第一片状部件中的每两个相邻的第一片状部件具有彼此不重叠的第一图案。

4.根据权利要求1所述的多层导磁装置，包括多个所述第一片状部件和多个所述第二片状部件，并且，所述第一片状部件和所述第二片状部件被交替设置。

5.根据权利要求1所述的多层导磁装置，其中，所述软磁材料包括纳米晶材料。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的多层导磁装置，其中，所述第二片状部件具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的所述第二图案，所述第一图案和所述第二图案中的至少一个包括具有分形特征的线条。

7.根据权利要求6所述的多层导磁装置，其中，所述线条的宽度为0.1毫米。

8.根据权利要求6所述的多层导磁装置，其中，所述第一图案和所述第二图案中的至少一个包括H分形曲线或希尔伯特分形曲线。

9.根据权利要求1所述的多层导磁装置，其中，所述第二片状部件具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的所述第二图案，所述第二图案包括从所述第二片状部件的内部延伸到所述第二片状部件的边缘的线条。

10.一种无线充/供电系统，包括

空心线圈，其可连接到电源；

电子部件；以及

根据权利要求1-9中的任一项所述的多层导磁装置，所述多层导磁装置设置在所述空心线圈和所述电子部件之间，其中，所述第一片状部件设置在所述空心线圈的一个端面处，所述第二片状部件设置在邻近所述电子部件处，从而使得当使用所述无线充/供电系统进行充/供电时，所述多层导磁装置能够屏蔽由所述空心线圈产生的电磁场对所述电子部件的干扰。

11.根据权利要求10所述的无线充/供电系统，其中，

所述第一片状部件和所述第二片状部件具有大于所述空心线圈的所述端面的尺寸。

12.一种植入式医疗仪器，包括

可充电式电池/电容；

线圈组件，其用于通过电磁耦合产生电流，从而为所述可充电式电池/电容充电或供电；

电子部件；以及

根据权利要求1-9中的任一项所述的多层导磁装置，所述多层导磁装置设置在所述线圈组件和所述可充电式电池/电容之间，其中，所述第一片状部件设置在邻近所述线圈组件一个端面处，所述第二片状部件设置在邻近所述可充电式电池/电容处，从而使得当对所述植入式医疗仪器进行充/供电时，所述多层导磁装置能够屏蔽在所述电磁耦合中产生的电磁场对所述可充电式电池/电容和所述电子部件的干扰。

13.根据权利要求12所述的植入式医疗仪器，其中，

所述第一片状部件和所述第二片状部件具有大于所述线圈组件的所述端面的尺寸。

14.一种医疗系统，包括如下中的至少一个：

根据权利要求10-11中任一项所述的无线充/供电系统，其设置在对象的体外，以及

根据权利要求12-13中任一项所述的植入式医疗仪器，其设置在对象的体内，其中，所述无线充/供电系统能够用于对所述植入式医疗仪器进行充/供电。

15.一种制造权利要求1-9中任一项所述的多层导磁装置的方法，包括：

获取由软磁材料制成的第一片状部件，

对所述第一片状部件进行图案化处理、切穿所述第一片状部件形成第一图案，所述第一图案包括从所述第一片状部件的内部延伸到所述第一片状部件的边缘的线条；

获取由软磁材料制成的第二片状部件，所述第二片状部件包括如下之一，(i)未进行图案化处理的片状部件，和(ii)具有通过图案化处理切穿片状部件而形成的第二图案的片状部件，所述第二图案与所述第一图案不重叠；

将所述第一片状部件设置在所述第二片状部件上。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括

获取由软磁材料制成的多个第一片状部件，

对所述多个第一片状部件中的每个进行图案化处理并且将所述多个第一片状部件顺序设置在所述第二片状部件上，从而使得所述多个第一片状部件中的每两个相邻的第一片状部件具有彼此不重叠的第一图案。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括

获取由软磁材料制成的多个所述第一片状部件，

获取由软磁材料制成的多个所述第二片状部件，

将所述第一片状部件和所述第二片状部件交替设置。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，还包括如下步骤之一

对所述第一片状部件进行图案化处理，切穿所述第一片状部件形成具有分形特征的线条的第一图案；

对所述第二片状部件进行图案化处理，切穿所述第二片状部件形成具有分形特征的线条的第二图案。