CN107665767A - 磁性材料及使用磁性材料的用于发送数据的装置 - Google Patents

磁性材料及使用磁性材料的用于发送数据的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁性材料及使用磁性材料的用于发送数据的装置。所述用于发送数据的装置包括：发送线圈，被配置成接收和发送数据信号并产生磁场；以及磁性材料，设置在所述发送线圈的一个表面上。所述磁性材料的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比在所述材料被磁化的方向上比在所述材料未被磁化的方向上大。

Description

磁性材料及使用磁性材料的用于发送数据的装置
本申请要求于2016年7月29日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0097346号以及于2016年10月31日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0143452号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国专利申请的公开内容出于所有目的通过引用全部被包含于此。
技术领域
本公开涉及一种磁性材料和使用磁性材料的用于发送数据的装置。
背景技术
无线通信已被用于各种目的。近来，已经开发了用于将数据无线地发送到通信目标的范围的各种类型的技术。技术包括无线通信线圈，而目标包括诸如智能手机的移动电子设备。然而，在如上所述的用于无线地发送数据的技术的情况下，发送数据所消耗的电力可与将要发送的目标数据的量成比例地增大。在可利用的电量有限的移动电子设备环境中，这样的电力消耗成为重要问题。因此，近来已寻求在移动电子设备环境中以低电力无线地发送数据。
发明内容
提供本发明内容以按照简化形式介绍构思的选择，以下在具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
根据本公开的一方面，一种用于发送数据的装置包括：发送线圈，被配置成接收和发送数据信号并由所述数据信号产生磁场。所述装置还包括设置在所述发送线圈的一个表面上的磁性板。所述磁性板由使得所述磁性板在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比大于所述磁性板在与所述第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比的材料形成。所述第一方向对应于所述磁性板中的磁场的方向。
所述装置的数据信号可包括从第一状态切换到第二状态或第三状态并随后从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的脉冲。对于至少一部分脉冲而言从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态所需要的第二时间比对于所述至少一部分脉冲而言从所述第一状态切换到所述第二状态或所述第三状态所需要的第一时间长。所述装置的数据信号可以为电压信号，其中，所述第一状态为0V的状态，所述第二状态为正峰值电压的状态，并且所述第三状态为负峰值电压的状态。
在所述脉冲从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的情况下，所述装置的数据信号可包括在至少一些区段中随时间以对数方式变化的脉冲。在所述脉冲从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的情况下，所述装置的数据信号可包括在至少一些区段中随时间以指数方式变化的脉冲。在所述脉冲从所述第一状态切换到所述第二状态或所述第三状态的情况下，所述装置的数据信号可包括在至少一些区段中随时间以阶跃方式变化的脉冲。在所述脉冲从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的情况下，所述数据信号可包括在至少一些区段中随时间线性地变化的脉冲。
所述装置可满足表达式1A/m≤Hc≤1×104A/m，其中，Hc为所述磁性板的BH曲线中的磁场强度。所述磁性板在2千赫兹(KHz)下可具有10至105的磁导率。
所述磁性板可由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种形成。所述磁性板可使用金属带形成，所述金属带通过在所述第一方向上将磁场施加到金属带而进行退火。所述金属带可由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种形成(其中，M表示金属或类金属，T表示过渡金属)。
所述磁性板在所述第一方向上的所述剩余磁通密度与所述饱和磁通密度的比可大于1:2。所述磁性板在所述第二方向上的所述剩余磁通密度与所述饱和磁通密度的比可以为1:2或更小。
根据本公开的另一方面，磁性材料可用在用于发送数据的装置中，所述磁性材料可产生磁场以无线地发送数据。所述磁性材料在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比大于所述磁性材料在与所述第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比。所述第一方向对应于所述磁性材料中的磁场的方向。
所述磁性材料在所述磁性材料的所述第一方向上的所述剩余磁通密度与所述饱和磁通密度的比可大于1:2。所述磁性材料可满足表达式1A/m≤Hc≤1×104A/m，其中，Hc表示所述磁性材料的BH曲线中的磁场强度。所述磁性材料在2千赫兹(KHz)下可具有10至105的磁导率。
所述磁性材料通过在所述第一方向上将磁场施加到金属带对所述金属带进行退火而形成，其中，所述金属带由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种形成。
一种发送器包括磁化板和线圈。所述磁化板的剩余磁通密度(Br_P)与饱和磁通密度(Bsat_p)的比在第一方向上比在第二方向上大，所述第一方向为所述磁化板被磁化的方向，所述第二方向为所述磁化板未被磁化的方向。所述线圈与所述磁化板邻近地形成，并与所述第一方向正交地缠绕。
所述发送器的线圈可直接形成在所述磁化板上，或者在没有直接接触所述磁化板的情况下与所述磁化板平行地形成。所述发送器的磁化板可包括第一磁化板和与所述第一磁化板分开并在所述第一方向上被磁化的第二磁化板。所述发送器的线圈可包括与所述第一磁化板邻近地形成的第一线圈以及与所述第二磁化板邻近地形成的第二线圈，所述第二线圈与所述第一方向正交地缠绕。所述第一线圈和所述第二线圈相互并联连接，所述发送器的第一线圈和所述第二线圈可沿着相反的方向缠绕并具有沿着相同的方向提供的电流，或者所述第一线圈和所述第二线圈可沿着相同的方向缠绕并具有沿着相反的方向提供的电流。
在另一总体方面，无线数据传输中使用的磁性带包括包含软磁材料的带。所述软磁材料在第一方向上被磁化，并且剩余磁通密度(Br_p)与饱和磁通密度(Bsat_p)的比在所述第一方向上比在所述带未被磁化的第二方向上大。
所述金属带可被水平地或竖直地磁化。所述磁性带可包括选自非晶金属带、纳米晶带或坡莫合金的反铁磁性材料。所述磁性带可包括选自Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属或Fe-Ni-MT基坡莫合金金属的材料。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和优点将会更加容易理解，在附图中：
图1A是示出使用根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的移动终端执行无线通信的示例的透视图；
图1B是示出使用根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的可穿戴设备执行无线通信的示例的透视图；
图2是示出用于从磁卡读取卡数据的磁卡读取器的磁头的示图；
图3是示出根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的示例的示图；
图4是示出根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的另一示例的示图；
图5是示出根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的另一示例的示图；
图6是示意性示出图3至图5中所示的用于发送数据的装置和磁头耦合的状态的示例的示图；
图7是示出使用普通的磁性板的对比示例中将电压信号Vcoil作为数据信号施加到发送线圈的情况下的各种信号的波形的一组曲线图；
图8是示出根据本公开的实施例的磁性材料的BH特性的一组曲线图；
图9是示出在使用了根据本公开的实施例的使用磁性材料的磁性板的用于发送数据的装置中将电压信号Vcoil作为数据信号施加到发送线圈的情况下的各种信号的波形的一组曲线图；
图10A至图10F是示出可在本公开中使用的非对称数据信号的各种示例的曲线图；
图11A和图11B是示出根据本公开的实施例的磁场退火方案的示图；
图12A和图12B是示出通过图11A和图11B的磁场退火而相对于特定方向具有本申请的磁通特性的磁性材料的示图；
图13是示出通过退火产生的磁性材料在每个方向上的磁特性的一组曲线图；以及
图14是示出使用通过图13的退火形成的磁性材料的磁性板的示图。
在整个附图和具体实施方式中，在适用的情况下相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明或方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解了本公开之后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本公开后做出显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略众所周知的功能和结构的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，使得在理解了本申请之后本公开将是彻底的和完整的，并将传达本公开的全部范围。
在整个说明书中，将理解的是，当元件(诸如，层、区域或晶圆(基板))被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、直接“连接到”另一元件或直接“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的其他元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件或层。如在此使用的术语“和/或”包括所列相关项中的一个或更多个的任意组合和全部组合。
除非上下文另外清楚地指明，否则冠词的单数形式也意于包含复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定的形状，而是包括制造过程中发生的形状的变化。
本说明书可提供一种能够以低电力执行无线通信的用于发送数据的装置以及在该用于发送数据的装置中使用的磁性材料。在下文中，现将参照附图详细地描述本公开的实施例。
图1A是示出使用根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的移动终端执行无线通信的示例的透视图。
在图1A中，用于发送数据的装置20用在移动终端30中。用于发送数据的装置20根据移动终端30的控制形成磁场。用于发送数据的装置20包括发送线圈，并磁耦合到装置10以无线地发送数据。装置10为用于接收数据的装置并包括接收线圈。
在图1A中，磁卡读取器10被作为包括接收线圈的用于接收数据的装置示出。除了图1A中所示的磁卡读取器10之外，用于接收数据的各种装置可用作用于接收数据的装置。
用于发送数据的装置20可改变磁场的方向，以将将要发送的目标数据(诸如卡号数据)发送到磁卡读取器10。也就是说，磁卡读取器10可使用由在用于发送数据的装置20中形成的磁场方向的变化引起的接收线圈两端电压的变化来产生卡号数据。
在实施例中，用于发送数据的装置20包括线圈。该线圈形成一个磁场，并且表征这样的磁场的一些磁力线可表示为穿过该线圈的闭环。也就是说，在本实施例中，用于发送数据的装置20形成穿过多个线圈的具有宽的扩散形式的磁场。因此，即使在改变磁卡读取器10的接收线圈的位置或角度的情况下，用于发送数据的装置20也可容易地磁耦合到磁卡读取器10。
图1B是示出使用根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的可穿戴设备执行无线通信的示例的透视图。在图1B中，用于发送数据的装置20可用在可穿戴设备31中。用于发送数据的设备20根据可穿戴设备31的控制形成磁场。也就是说，用于发送数据的装置20通过发送线圈形成磁场，并通过磁场磁耦合到装置10，以无线地将数据发送到用于接收数据的装置10。
可穿戴设备31可以为穿戴在诸如胳膊、头等人体部位上或通过带固定到结构的电子设备。在下文中，将描述根据本公开的可穿戴设备具有手表形式的情况，但可穿戴设备不限于此。虽然未在图1A和图1B中示出，但用于发送数据的装置20可包括形成在发送线圈的一个表面上的磁性板。由于磁性板的剩余磁通密度与饱和磁通密度相近，因此已经产生的磁场被有效地保持在大的剩余磁通密度。因此，即使在低电力下，数据也被有效地无线发送。下面将参照图3至图12对此进行更详细的描述。
首先，将参照图2更详细地描述磁卡读取器的操作。在图2中，示出了磁卡读取器中包括的磁头210以及由磁卡在磁头中感应的头电压Vhead。磁头210可磁耦合到磁卡的磁条300以接收卡数据。虽然未示出，但是除了磁头210之外，磁卡读取器10(见图1A)还可包括模数转换器(未示出)。通过磁通量在磁头210中感应出头电压Vhead。也就是说，磁头210包括芯211和接收线圈212。接收线圈212可围着芯211的一部分缠绕。
当磁头210与磁条300相邻时，通过磁条300在磁头210中产生磁场。电流从磁场流入接收线圈212，从而在接收线圈212两端产生头电压Vhead。在磁场中存在磁头210的接收线圈212的情况下，通过磁通量在接收线圈212中感应出头电压Vhead。感应的头电压Vhead被提供到模数转换器，并且模数转换器可从头电压产生解码信号Vdecode。解码信号Vdecode可为数字电压信号，且可从解码信号Vdecode产生卡数据。
磁卡中可存在磁条300，并且如上所述，当磁头210移动到磁条300上方时，通过磁通量在磁头210的接收线圈212中感应出头电压Vhead。同时，头电压Vhead具有取决于磁条300的极性的峰值电压。例如，在相同的极性彼此相邻的情况下，感应出作为头电压Vhead的峰值电压。
模数转换器可从头电压Vhead产生解码信号Vdecode。例如，每当检测到峰值电压时，模数转换器就通过产生边缘来产生解码信号Vdecode。由于解码信号Vdecode为数字电压信号，因此从解码信号Vdecode解码出数字数据。
例如，根据解码信号Vdecode的周期的长度解码出位值‘1’或‘0’。在图2中所示的示例中，可理解的是，解码信号Vdecode的第一周期和第二周期是解码信号Vdecode的第三周期的两倍。在这种情况下，解码信号Vdecode的第一周期和第二周期被解码为‘1’，解码信号Vdecode的第三周期、第四周期和第五周期被解码为‘0’。然而，这样的解码方案仅是示例，并且可使用各种解码方案。
如上所述，磁卡读取器中包括的磁头210从磁场检测到头电压Vhead，以接收特定数据(例如，卡号数据)。
虽然上面参照图2描述的示例中示出了磁头210从磁卡的磁条300执行解码的情况，但磁头210可通过由用于发送数据的装置20产生的磁场产生头电压，以接收特定数据(例如，卡号数据)。也就是说，磁卡读取器的磁头210磁耦合到用于发送数据的装置20的发送线圈，以接收诸如卡号数据的数据。例如，用于发送数据的装置20根据磁条300的极性的变化改变磁场的方向以将将要发送的目标数据(诸如卡号数据)发送到磁卡读取器10。
将在下文中参照图3至图5来描述可在本公开中应用的用于发送数据的装置的各种示例。图3是示出了根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的示例的示图。
参照图3，用于发送数据的装置100包括信号产生单元110、发送线圈单元120和磁性板130。用于接收数据的装置200包括磁头210和读取单元220。用于发送数据的装置100可根据将要发送的目标数据来改变磁场。将要发送的目标数据可以为用于支付的加密数据(诸如信用卡数据等)。信号产生单元110产生与将要发送的目标数据对应的数据信号V_MST，并将产生的数据信号施加到发送线圈单元120。例如，数据信号V_MST为电压变化的信号或电流变化的信号。
可通过数据信号V_MST在发送线圈单元120附近产生磁场。在数据信号V_MST中存在极性的变化的情况下，磁场的方向改变。也就是说，数据信号V_MST为电压或电流变化的信号，并且当这样的数据信号V_MST被施加到发送线圈单元120时，由于电路的安培定律在发送线圈单元120附近产生磁场。
在图3所示的实施例中，发送线圈单元120可为相对于一个轴缠绕的一个线圈，或者除了如示出的螺旋线圈之外的诸如螺旋管线圈等的各种线圈。磁性板130设置在发送线圈单元120的一个表面上。磁性板130的剩余磁通密度和饱和磁通密度处于特定范围内。
作为示例，磁性板130的剩余磁通密度可与磁性板130的饱和磁通密度相近。作为另一示例，磁性板130在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比和磁性板130在与第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比彼此不同。
下面将描述磁性板130的磁特性。同时，用于接收数据的装置200可响应于由用于发送数据的装置100所产生的磁场的变化而输出数据。磁头210包括如上参照图2所述的围着芯缠绕的接收线圈。由于磁头210的接收线圈的头电压Vhead可根据周围磁场的变化而变化，因此磁头210响应于磁场的变化而输出头电压Vhead。
读取单元220可响应于磁头210的接收线圈的头电压Vhead而输出数据。例如，读取单元220感测磁头210的接收线圈的头电压Vhead并将感测到的电压转换为数字信号以输出该数据。该数据可为例如卡数据。读取单元220还可响应于磁头210的接收线圈中流动的电流而输出数据。
也就是说，当其电压或电流根据将要发送的目标数据而改变的数据信号被施加到发送线圈单元120时，由于电路的安培定律，可在发送线圈单元120附近产生磁通量。当磁通量被施加到磁头210的头部时，磁头210的接收线圈两端产生头电压Vhead。
如上所述，产生数据信号V_MST、将产生的数据信号V_MST施加到发送线圈单元120以形成磁场并通过磁场将诸如卡数据等的数据发送到磁头210的技术在下文中被称为磁力安全传输(magnetic secure transmission，MST)。上述磁力安全传输(MST)的优点在于：可使用现有的磁性读取器本身作为用于接收数据的装置200。
图4是示出根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的另一示例的示图。在图4中所示的实施例中，示出了使用多个发送线圈的示例。参照图4，用于发送数据的装置可包括信号产生单元(未示出)、发送线圈单元121和122以及磁性板131和132。下面将描述磁性板131和132的磁特性。
用于接收数据的装置包括磁头210和读取单元(未示出)。在图4中所示的示例中，从以上参照图3描述的内容将容易地理解根据用于发送数据的装置和用于接收数据的装置之间的磁耦合来发送数据。发送线圈单元121和122包括第一线圈121和与第一线圈121分开的第二线圈122。
在图4中所示的示例中，第一线圈121和第二线圈122彼此串联连接，并且第一线圈121和第二线圈122缠绕的方向可彼此不同(第一线圈可沿着顺时针方向缠绕，第二线圈可沿着逆时针方向缠绕)。因此，第一线圈121的中央区域中的磁场从底部朝向顶部形成，第二线圈122的中央区域中的磁场从顶部朝向底部形成。也就是说，由于第一线圈121和第二线圈122的磁场的流动方向彼此相反，因此当第一线圈121和第二线圈122彼此平行设置时，可通过如图4中所示的示例中的磁场之间的叠加形成在第一线圈121和第二线圈122的中央中流动的具有闭环形状的磁力线。
同时，可选地，对于图4中所示的示例，第一线圈121和第二线圈122可相互并联连接，第一线圈121和第二线圈122还可沿着同一方向缠绕。在这种情况下，第一线圈中流动的电流的方向和第二线圈中流动的电流的方向可彼此相反，使得穿过第一线圈和第二线圈的磁场可彼此叠加，以形成广泛分布的磁场。
如图4中所示，第一线圈121和第二线圈122形成广泛分布的一个磁场。图4中所示的虚线为表示由第一线圈121和第二线圈122形成的磁场中的一些磁场的磁力线，并且磁力线可具有穿过第一线圈121的中央和第二线圈122的中央的闭环形状。也就是说，由于第一线圈121和第二线圈122沿着第一方向(图4中所示的示例中的水平方向)彼此分开，因此由第一线圈121和第二线圈122形成的磁场具有沿着第一方向广泛分布的形状。
磁性板131和132分别设置在发送线圈单元121和122的一个表面上。根据另一实施例，磁性板131和132还可以为覆盖第一线圈121和第二线圈122两者的一个磁性板。如图4中所示，使用第一线圈121和第二线圈122的发送线圈单元形成具有广泛分布形式的磁场。因此，磁头210在任意位置都稳定地执行与发送线圈单元的磁耦合。
例如，在移动终端中设置用于发送数据的装置的情况下，即使磁头210设置在移动终端的任何位置，磁头210也稳定地与发送线圈单元磁耦合，磁性安全传输(MST)因此被应用于广泛的领域。
图5是示出根据本公开的实施例的用于发送数据的装置的另一示例的示图。在图5中所示的示例中，用于发送数据的装置包括信号产生单元110、发送线圈单元121和122以及磁性板130。如上所述，用于接收数据的装置包括磁头210和读取单元(未示出)。发送线圈单元包括第一线圈121和第二线圈122，并且第一线圈121和第二线圈122可具有它们围着磁性板130缠绕的形式。也就是说，第一线圈121和第二线圈122的类型可以为螺旋管线圈。
如图5中所示的示例，第一线圈121和第二线圈122可为彼此平行设置的螺旋管线圈。在本示例中，第一线圈121和第二线圈122具有相同的缠绕方向和相同的电流方向(或相反的缠绕方向或相反的电流方向)，使得沿着相同的方向产生磁场。因此，如图5中所示，磁场中的一些磁场穿过第一线圈的中央和第二线圈的中央两者，并且磁场沿着第一方向(图5中所示的示例中的水平方向)被广泛地形成。因此，磁力安全传输(MST)被应用于广泛的领域。
在图3至图5中所示的示例中，用于发送数据的装置可包括磁性板130或131和132。磁性板在剩余磁通密度和饱和磁通密度之间可具有特定关系。例如，剩余磁通密度具有与饱和磁通密度相近的值。因此，可显著地减小发送数据信号所需的电力。
在下文中，将参照图6至图10F描述根据本公开的实施例的磁性材料和使用该磁性材料的磁性板的特征，并且将描述根据磁性材料和磁性板的特征的数据信号的形式。此外，将描述由传输数据所消耗的电力显著减小的原因。
图6是示意性示出图3至图5中所示的用于发送数据的装置和磁头耦合的状态的示图。参照图6，信号产生单元110将数据信号施加到发送线圈，并且由于数据信号，线圈电流Icoil在发送线圈中流动。因此，发送线圈形成磁场B-场。此外，发送线圈两端形成线圈电压Vcoil。如上所述，由于磁场B-场的影响，磁头210中感应出头电压Vhead，并且数据可通过解码头电压而被接收。
图7是示出使用普通的磁性板的对比示例中将电压信号Vcoil作为数据信号施加到发送线圈的情况下的各种信号的波形的一组曲线图。在图7中，Vcoil指的是用于发送数据的装置的线圈电压，Icoil指的是用于发送数据的装置的线圈电流，并且示出了磁性材料的磁通密度根据线圈电压和线圈电流的变化。此外，Vhead指的是磁头的头电压，并且Pmst指的是用于发送数据的装置所消耗的功率。
如图7所示，在由虚线所示的对比示例中，使用了方波电压信号。在这种情况下，需要将特定的电压保持特定的时间，使得更多的电力被用于发送数据的装置所消耗，以发送数据信号。
另一方面，在由实线所示的本公开的实施例中，可将具有非对称波形的信号用作数据信号，例如，电压信号Vcoil。因此，在使用具有非对称波形的数据信号而不是方波的情况下，可减小发送数据信号所消耗的电力。
具有非对称波形的数据信号可包括在相对短的时间内从第一状态切换到第二状态或第三状态以及在相对长的时间内从第二状态或第三状态切换到第一状态的脉冲。在图7所示的示例中，交替地提供作为数据信号的电压信号Vcoil的正脉冲和负脉冲。
同样地，可理解的是，对于正脉冲而言从电压值为正峰值的第二状态切换到电压值为0的第一状态所需要的第二时间比对于正脉冲而言从电压值为0的第一状态切换到电压值为正峰值的第二状态所需要的第一时间长。可理解的是，对于负脉冲而言从电压值为负峰值的第二状态切换到电压值为0的第一状态所需要的第二时间也比对于负脉冲而言从电压值为0的第一状态切换到电压值为负峰值的第二状态所需要的第一时间长。
如上所述，在本公开的实施例中，使用具有非对称波形的电压信号Vcoil，使得线圈电流Icoil和磁场B场也可具有与电压信号Vcoil的非对称波形相似的非对称的波形。由于用于发送数据的装置消耗的功率Pmst由线圈电压Vcoil和线圈电流Icoil的值来确定，因此通过使用如图7中所示的本公开的实施例中的诸如峰形脉冲、与峰形脉冲相似的波形等的非对称波形可显著地减小消耗的电量。
然而，在这种情况下，存在磁场B-场受限的限制。此外，磁场B-场的减小的倾斜度(gradient)相对大，使得在头电压Vhead中产生具有与磁头中检测到的头电压Vhead的噪声相反极性的噪声701。存在数据信号因具有相反极性的噪声将被错误地接收的可能性。因此，在本公开的实施例中，具有诸如特定水平或更大水平的剩余磁通密度的磁特性的磁性板可设置在发送线圈的一个表面上。这使得即使在使用具有非对称波形的电压信号Vcoil的情况下，磁场也能保持特定时间或更长。从而，显著地减小了具有相反极性的噪声701。
将在下文中参照图8描述根据本公开的实施例的磁性材料的磁特性。图8是示出根据本公开的实施例的磁性材料的BH特性的一组曲线图。在图8中示出的曲线图中，实线为表示根据本公开的实施例的磁性材料的BH特性的曲线图，虚线为表示根据对比示例的普通的磁性材料的BH特性的曲线图。
如图8中所示，在根据本公开的实施例的磁性材料中，剩余磁通密度的+Br_p和–Br_p的值大，使得BH磁滞曲线的角度更大。也就是说，可理解的是，在根据本公开的实施例的磁性材料中，饱和磁通密度+Bsat_p和–Bsat_p的值以及剩余磁通密度+Br_p和–Br_p的值在特定范围内彼此相近。
例如，剩余磁通密度+Br_p和–Br_p与饱和磁通密度+Bsat_p和–Bsat_p的比分别大于1:2。也就是说，剩余磁通密度+Br_p和–Br_p具有比接近0更接近饱和磁通密度+Bsat_p和–Bsat_p的相应的值。同时，在磁性材料的BH曲线中，磁场强度Hc满足下面的式1：
[式1]
1A/m≤Hc≤1×104A/m
此外，磁性材料在2KHz下满足10至105的磁导率。磁性材料可以为Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种。如上所述，在根据本公开的实施例的磁性材料中，剩余磁通密度+Br_p和–Br_p的值具有特定水平或更大水平以保持磁场。
图9是示出在使用了根据本公开的实施例的使用磁性材料的磁性板的用于发送数据的装置中将电压信号Vcoil作为数据信号施加到发送线圈的情况下的各种信号的波形的一组曲线图。如图9中所示，与图7类似，使用了具有非对称波形的电压信号Vcoil。也就是说，具有非对称波形的信号被用作数据信号，并且因此显著地减小了消耗的电量。
当具有非对称波形的电压信号Vcoil被施加到发送线圈时，具有与电压信号的非对称波形类似的非对称波形的线圈电流Icoil在发送线圈中流动。通过线圈电流Icoil形成磁场。同时，当电压信号Vcoil变为0V时，线圈电流Icoil也变为0V。
然而，可从图9理解的是，已经形成的磁场在一定程度上保持在剩余磁通密度+Br和-Br的幅值。也就是说，虽然在线圈电流Icoil减小的区段，磁场B-场也稍微减小，但磁场在被稍微减小之后保持在剩余磁通密度+Br和-Br。因此，头电压Vhead中产生的具有与头电压Vhead的噪声极性相反的噪声901非常小，从而显著地减小了在发送数据信号时产生的错误识别的可能性。
图10A至图10F是示出可在本公开中使用的非对称数据信号的各种示例的曲线图。虽然图10A至图10F中示出了各种非对称数据信号，但是它们仅仅是各种示例中的一些。也就是说，除了图10A至图10F中示出的示例之外，还可使用具有各种非对称波形的数据信号作为数据信号。
图10A至图10F中所示的非对称数据信号可包括从第一状态切换到第二状态或第三状态并随后从第二状态或第三状态切换到第一状态的脉冲。这里，可理解的是，对于至少一部分脉冲而言从第二状态或第三状态切换到第一状态所需要的第二时间比对于至少一部分脉冲而言从第一状态切换到第二状态或第三状态所需要的第一时间长。
也就是说，非对称数据信号可以为线圈电压或线圈电流，并可包括在相对短的时间内从第一状态切换到第二状态(例如，正峰值)或第三状态(例如，负峰值)以及在相对长的时间内从第二状态或第三状态切换到第一状态的各种脉冲。
将通过示例的方式描述线圈电压。在数据信号的脉冲从0V变为正峰值或负峰值(例如，以呈阶跃函数的形式)的情况下，可满足随时间的变化率为第一参考值或更大的条件，在数据信号的脉冲从正峰值或负峰值变为0V(例如，以除了阶跃函数形式之外的其他形式)的情况下，可满足随时间的变化率为第二参考值或更小的条件。这里，第一参考值可等于或大于第二参考值。
结果，在从正峰值或负峰值变为0V的情况下，数据信号的每个脉冲可线性地变化、以指数函数形式变化或者以非线性函数的形式变化。
同时，如图10A和图10C中所示，在数据信号从正峰值或负峰值变为0V的情况下，在至少一些区段中，倾斜度可随时间线性地变化。当倾斜度变的平缓时，可进一步降低发送数据的过程中将要发生错误的可能性，当倾斜度变得陡峭时，消耗的电力进一步减小。
可选地，如图10B和图10C中所示，数据信号还可以在正峰值或负峰值保持特定时间。如上所述地实现数据信号，使得发送数据的过程中将要发生的错误(也就是说，发送的数据和接收的数据彼此不同的情况)可能性进一步减小。
可选地，如图10D、图10E和图10F所示，在数据信号的脉冲从正峰值或负峰值变为0V的情况下，数据信号的脉冲可以在至少一些区段中随时间以指数函数的形式变化、以二次函数的形式变化或者以对数函数的形式变化。
上面已经参照图9描述了磁性材料自身的特性中的剩余磁通密度为特定水平或更大水平的实施例。同时，在本公开的另一实施例中，可对磁性材料执行磁场退火以满足在特定方向上的剩余磁通密度为特定水平或更大水平的条件。图11A和图11B是示出根据本公开的实施例的磁场退火方案的示图。详细地，图11A和图11B示出了通过使构成磁性材料的金属带暴露到磁场来执行磁场退火的示例。图12A和图12B是示出通过图11A和图11B的磁场退火而相对于特定方向具有上述磁通特性的磁性材料的示图。
图11A是示出水平方向上的磁场退火的示图，图11B是示出竖直方向上的磁场退火的示图。图12A示出了对其执行了如图11A中所示的水平方向上的磁场退火的金属带的磁特性，图12B示出了对其执行了如图11B中所示的竖直方向上的磁场退火的金属带的磁特性。
当通过使金属带暴露到特定的磁场来对金属带执行磁场退火时，金属带可在磁场的方向上具有特定水平或更大水平的剩余磁通密度。因此，在使用这样的金属带形成磁性材料的情况下，相应的磁性材料可在磁场的方向上具有大的剩余磁通密度。
当金属带所暴露到的磁场的方向为第一方向时，磁性材料在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比可大于磁性材料在与第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比。
例如，磁性板在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比大于1:2。同时，磁性板在与第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比为1:2或更小。
金属带可以由诸如非晶带、纳米晶带、高导磁率合金(Mu metal)、坡莫合金、等的软磁材料或具有高磁导率的各种反铁磁性物质形成。可选地，金属带可由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属或Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属(其中，M表示金属或类金属，T表示过渡金属)中的至少一种形成。
同时，虽然图11A至图12B中示出了使用磁场退火提高磁性材料在特定方向上的剩余磁通特性的情况，但是磁性材料可通过去应力退火(stress relief annealing)等在特定方向上具有高的剩余磁通特性。
图13是示出通过退火产生的磁性材料在每个方向上的磁特性的一组曲线图。在图13中，针对其执行了竖直方向上的磁场退火的磁性材料1310，示出了竖直方向上的BH曲线Z1301、对角线方向上的BH曲线F2 1302、水平方向上的BH曲线F1 1303以及在未执行磁场退火的状态下的BH曲线R 1304。
可从BH曲线Z 1301理解的是，由于对磁性材料1310执行了竖直方向上的磁场退火，因此磁性材料1310在竖直方向上具有大的剩余磁通密度。此外，可理解的是，竖直方向上的磁通密度特性曲线图的倾斜度(也就是说，磁导率)大。也就是说，与上面参照图9描述的磁场方向上的磁性材料类似，对其执行了磁场退火的磁性材料1310可具有特定水平或更大水平的剩余磁通密度，并且BH磁滞曲线的角度可更大。因此，可理解的是，在对其执行了竖直方向上的磁场退火的磁性材料1310中，竖直方向上的饱和磁通密度+Bsat_p和–Bsat_p的值以及剩余磁通密度+Br_p和–Br_p的值在特定范围内彼此相近。
例如，剩余磁通密度+Br_p和–Br_p与饱和磁通密度+Bsat_p和–Bsat_p的比大于1:2。也就是说，剩余磁通密度+Br_p和–Br_p具有比接近0更接近饱和磁通密度+Bsat_p和–Bsat_p的值。可选地，在磁性材料的BH曲线中，磁场强度Hc也满足上面的式1。此外，磁性材料在2KHz下满足10至105的磁导率。磁性材料可以为Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种。
同时，可从BH曲线F1 1303理解的是，对其执行了磁场退火的磁性材料1310在与磁场方向垂直的方向(即，水平方向)上具有低的剩余磁通密度。此外，可从BH曲线F2 1302理解的是，对其执行了磁场退火的磁性材料1310在相对于磁场的方向倾斜的方向上具有相对低的剩余磁通密度。因此，在对磁性材料执行退火时，可在特定方向(即，磁场的方向)上增大金属带的磁导率，从而增大在相应的方向上感应的磁通量或磁通密度。
图14是示出使用通过图13的退火形成的磁性材料的磁性板的示图。参照图14，发送线圈1420可设置在磁性板1410的一个表面上。由于将螺旋线圈示出为发送线圈1420的示例，因此磁场沿着其穿过发送线圈1420的中央的方向形成。
在图14所示的示例中，磁性板1410在厚度方向上经历磁场退火。因此，磁性板1410经历磁场退火以在磁场方向(即，厚度方向)上具有特定水平或更大水平的磁通密度。因此，即使发送线圈1420中流动的线圈电流变为0A后，已经产生的磁场的值可由于磁性板1410的剩余磁通密度的影响而保持在特定水平或更大水平。因此，从上述内容可容易理解的是，即使使用非对称峰类型数据信号，也通过剩余磁场精确地提供数据信号。
如上所述，根据本公开的实施例，无线地发送数据所需要的电力被显著地减小。根据实施例，即使使用最小的电力无线地发送数据，也显著地减小错误识别的可能性。虽然以上已经示出并描述了实施例，但在理解了公开之后将显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本申请的范围的情况下，可做出修改和变型。

Claims (20)

1.一种用于发送数据的装置，包括：
发送线圈，被配置成接收和发送数据信号并由所述数据信号产生磁场；以及
磁性板，设置在所述发送线圈的一个表面上，
其中，所述磁性板包括磁性材料，其中，所述磁性板在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比大于所述磁性板在与所述第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比，且
所述第一方向对应于所述磁性板中的所述磁场的方向。
2.根据权利要求1所述的用于发送数据的装置，其中，所述数据信号包括从第一状态切换到第二状态或第三状态并随后从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的脉冲，且
对于至少一部分脉冲而言从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态所需要的第二时间比对所述至少一部分脉冲而言从所述第一状态切换到所述第二状态或所述第三状态所需要的第一时间长。
3.根据权利要求2所述的用于发送数据的装置，其中，所述数据信号为电压信号，且
所述第一状态为0V的状态，所述第二状态为正峰值电压的状态，并且所述第三状态为负峰值电压的状态。
4.根据权利要求2所述的用于发送数据的装置，其中，在所述脉冲从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的情况下，所述数据信号包括在至少一些区段中随时间以对数方式变化的脉冲。
5.根据权利要求2所述的用于发送数据的装置，其中，在所述脉冲从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的情况下，所述数据信号包括在至少一些区段中随时间以指数方式变化的脉冲。
6.根据权利要求2所述的用于发送数据的装置，其中，在所述脉冲从所述第一状态切换到所述第二状态或所述第三状态的情况下，所述数据信号包括在至少一些区段中随时间以阶跃方式变化的脉冲，且
在所述脉冲从所述第二状态或所述第三状态切换到所述第一状态的情况下，所述数据信号包括在至少一些区段中随时间线性地变化的脉冲。
7.根据权利要求1所述的用于发送数据的装置，其中，1A/m≤Hc≤1×104A/m，其中，Hc为所述磁性板的BH曲线中的磁场强度。
8.根据权利要求1所述的用于发送数据的装置，其中，所述磁性板在2千赫兹下包括10至105的磁导率。
9.根据权利要求1所述的用于发送数据的装置，其中，所述磁性板由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种形成，其中，M表示金属或类金属，T表示过渡金属。
10.根据权利要求1所述的用于发送数据的装置，其中，所述磁性板使用金属带形成，所述金属带通过在所述第一方向上将磁场施加到所述金属带而进行退火，并且所述金属带由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种形成，其中，M表示金属或类金属，T表示过渡金属。
11.根据权利要求10所述的用于发送数据的装置，其中，所述磁性板在所述第一方向上的所述剩余磁通密度与所述饱和磁通密度的比大于1:2，且
所述磁性板在所述第二方向上的所述剩余磁通密度与所述饱和磁通密度的比为1:2或更小。
12.一种用于发送数据的装置中使用的磁性材料，所述磁性材料产生磁场以无线地发送数据，
其中，所述磁性材料在第一方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比大于所述磁性材料在与所述第一方向不同的第二方向上的剩余磁通密度与饱和磁通密度的比，
其中，所述第一方向对应于所述磁性材料中的所述磁场的方向。
13.根据权利要求12所述的磁性材料，其中，所述磁性材料在所述第一方向上的所述剩余磁通密度与所述饱和磁通密度的所述比大于1:2。
14.根据权利要求12所述的磁性材料，其中，1A/m≤Hc≤1×104A/m，其中，Hc表示所述磁性材料的BH曲线中的磁场强度。
15.根据权利要求12所述的磁性材料，其中，所述磁性材料在2千赫兹下具有10至105的磁导率。
16.根据权利要求12所述的磁性材料，其中，所述磁性材料通过在所述第一方向上将磁场施加到金属带以对所述金属带进行退火而形成，所述金属带由Fe-Si-B基非晶金属、Fe-Si-B-Nb-Cu基纳米晶金属和Fe-Ni-M-T基坡莫合金金属中的至少一种形成，其中，M表示金属或类金属，T表示过渡金属。
17.一种发送器，包括：
磁化板，所述磁化板的剩余磁通密度Br_p与饱和磁通密度Bsat_p的比在第一方向上比在第二方向上大，所述第一方向为所述磁化板被磁化的方向，所述第二方向为所述磁化板未被磁化的方向；以及
线圈，与所述磁化板邻近地形成，其中，所述线圈与所述第一方向正交地缠绕。
18.根据权利要求17所述的发送器，其中，所述线圈直接形成在所述磁化板上。
19.根据权利要求17所述的发送器，其中：
所述磁化板包括第一磁化板和与所述第一磁化板分开并在所述第一方向上被磁化的第二磁化板；且
所述线圈包括与所述第一磁化板邻近地形成的第一线圈以及与所述第二磁化板邻近地形成的第二线圈，
其中，所述第二线圈与所述第一方向正交地缠绕。
20.根据权利要求19所述的发送器，其中：
所述第一线圈和所述第二线圈相互并联连接；且
所述第一线圈和所述第二线圈沿着相反的方向缠绕并具有沿着相同的方向提供的电流，或者所述第一线圈和所述第二线圈沿着相同的方向缠绕并具有沿着相反的方向提供的电流。
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