CN108738286B - 一种无线充电用电磁屏蔽片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电用电磁屏蔽片，包括横向叠置的数层磁性材料片及适于磁性材料片上的线圈，所述磁性材料片上表面设有凹槽，所述线圈设于凹槽内。本发明还公开了一种无线充电用电磁屏蔽片的制备方法。通过将线圈嵌入到磁性材料片中，在进行无线充电时，线圈周围的回字型结构使得磁力线得到偏转，为磁力线提供易于导磁的通路，使得磁力线进一步聚拢，减小漏磁，充电效率得到一定提升。

Description

一种无线充电用电磁屏蔽片及制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽结构，具体涉及一种无线充电用电磁屏蔽片及制备方法。

背景技术

随着高科技产品的出现及应用，其所产生的电磁辐射污染是继水污染、空气污染和噪声污染之后的第四大环境污染。

随着科技技术的高速发展和电子设备的广泛应用，我们的工作和生活越来越多的依赖于电子设备。我们习惯了数据线充电，也常常因为线过多和不够长而感到烦恼。可曾设想有朝一日所有电子设备无需电源线，可以使用无线充电技术，随时随地自由充电。

无线充电技术，又称为感应充电、非接触式充电，是源于无线电力输送技术产生的一种新型充电技术。无线充电技术利用近场感应，由无线充电器将能量传送至需充电设备。正常情况下，电容传输的能量是很小的，这与电极面积小有很大的关系。因此，为了满足给消费设备充电所需的功率水平(例如从5W至25w)，需要增加电极尺寸和耦合的电压值，具体取决于实际的配置。为了实现耦合电极之间的无线收发、同时尽量减小对外的辐射量，需要进行正确地设计。需要进一步理解和确定正确的电极尺寸、它们的设计、工作电压、功率值、最佳工作频率和总的尺寸约束条件。一般情况下，理想的频率范围在200kHz至1MHz之间，有效耦合区的电压值在800V至1.52kV之间手机无线充电。

磁场耦合原理的无线充电技术，更接近于常规的谐振式开关电源。相对于电场耦合来讲，技术难度较小。优势比较明显，发展速度较快目前已经形成三个影响力较大的联盟组织WPC、A4WP以及PMA。各自拥有会员多达几十甚至上百家公司。其中WPC与PMA致力于近距离无线充电技术，如我们比较熟悉的手机无线充电。而A4WP的技术定位在远距离无线能量传输，希望能够实现几十厘米甚至几米等级的传输距离。无线充电代表了充电技术上的一次重大变革，无线充电使用户摆脱线缆的束缚，只需要把设备放在无线充电板(chargingpad)上面就可以进行充电。无线充电技术已经广泛应用到了电动牙刷、电动剃须刀、无线电话、智能手机、电动汽车等领域。

比亚迪早在2005年12月就申请了非接触感应式充电器专利。利用的就是电磁感应来进行无线充电，比亚迪卖给犹他大学一辆纯电动巴士，这款巴士装配着最新的wave无线充电垫。司机将巴士停在充电垫上，经历数分钟的等待就能充满电。德国、日本等国也十分积极。在德国慕尼黑，早就开始进行家用无线充电的测试，日本丰桥技术科学大学在研究能够透过20厘米厚的混凝土砖块将电力传输给汽车的道路充电装置。2011年，搭载了无线充电功能的诺基亚手机问世。

三星手机2015年3月份公布的热门机型Galaxy S6支持无线充电，随后又相继推出S7和Note 7旗舰机型，同样支持无线充电功能。

无线充电技术近年发展迅速，但也遇到了很多技术难题。如提高充电效率、降低成本、有效充电距离太短。

为得到较高的充电效率，减小或消除充电时电磁场对手机的影响，需要使用电磁屏蔽片进行屏蔽。电磁屏蔽片的作用就是隔绝电磁波，阻止金属等材料吸收发射端设备发出的电磁波并产生反方向的磁场。在手机无线充电接收端中，如果没有电磁屏蔽片，无线充电设备就无法完成近距离充电工作。以智能手机为例，由于手机的特殊的结构，在手机里必须安装一个电池，这个电池实际上就是无线传输技术发展的噩梦——当发射线圈发射出来的磁场经过电池时，电池里面的金属就会产生感应电流，通常我们把这个叫做“涡流”，这个涡流会产生一个跟发射线圈产生的磁场方向相反的磁场，抵消掉发射线圈形成的磁场，使得接收线圈接收到的感应电压下降；并且该涡流会转变成热量，使得手机电池非常热。因此，为了实现手机的无线传输，就必须在电力接受线圈和手机电池之间放置一个“隔金属”的装置，阻挡磁力线，避免磁力线到达电池内。常规的技术是使用一个高导磁率的铁氧体来做这个“隔金属”装置。但是后来有研究发现，由于Qi充电标准中的充电频率范围在100-200KHz之间，此区间使用非晶、纳米晶作为电磁屏蔽片的效果优于铁氧体。因此三星S6无线充电的接收端就采用了Amotech提供的非晶电磁屏蔽片技术，充电效率达到70％以上，三星S7延续了无线充电技术，将纳米晶作为无线充电电磁屏蔽片，集成NFC、MST和WPC功能于一体。

充电效率的持续提高一直以来都是无线充电行业追逐的目标，不但要使得手机无线充电效率在Amotech技术的基础上得到提高，同时厚度还要做的更薄。

专利WO2013095036A1、WO2014104816、WO201437151A1和WO2014092500A1均提到非晶叠片、机械破碎和热处理工艺，压合时使胶填满碎片的间隙，从而增加磁阻，降低涡流损耗，进而提高充电效率。

然而,以上专利虽然已经提及降低磁损耗的方法，但是其工艺方法并不能完全发挥此类方式的最优效果。如今无线充电电磁屏蔽片使用的线圈和磁性材料叠层结构普遍采用如图1所示，线圈直接设于磁性材料上表面，此结构的优点在于制备简单，便于组装，而缺点在于其充电效率偏低，且屏蔽片结构不能完全发挥软磁材料的屏蔽性能。

综上所述，需要在此技术的基础上提出全新的结构设计，使得充电效率能够得到进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线充电用电磁屏蔽片及制备方法，能够提高充电效率和减薄磁片厚度,有效发挥软磁材料的屏蔽性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一方面，一种无线充电用电磁屏蔽片,包括横向叠置的数层磁性材料片及适于磁性材料片上的线圈，所述磁性材料片上表面设有凹槽，所述线圈设于凹槽内。

所述凹槽为与线圈相匹配的环状或回字形凹槽，所述线圈设于环状或回字形凹槽内。

所述环状或回字形凹槽开设于位于上端的数层磁性材料片上。

所述开设有环状后回字形凹槽的数层磁性材料片与其余层磁性材料片的材料为相同或不同。

所述其余层磁性材料片的数量为一层或一层以上,一层以上的其余层磁性材料片的材料为相同或不同。

所述磁性材料片为软磁材料。

所述软磁材料为软磁铁氧体、磁粉芯、坡莫合金或非晶/纳米晶导磁片。

所述磁性材料片的最小厚度为0.01mm。

另一方面,一种无线充电用电磁屏蔽片的制备方法，包括以下步骤：

1)准备阶段：准备所需的材料、相关生产设备；

2)热处理：将磁性材料带材按照要求卷绕至相应尺寸后，将卷绕好的带材放在热处理炉内进行热处理；

3)覆单面胶：将热处理好的带材进行单面覆胶，将带有单面胶的保护膜贴在热处理过的带材表面，作为下一步的压合原材；

4)磁片图形化处理：采用激光切割或化学蚀刻处理工艺进行图形化处理；

5)再次覆胶：在磁片图形化处理后的未覆胶的带材表面进行再次覆胶；

6)粘合层压：将步骤4)中带材带胶一面贴合到另一片带材没有胶的表面，如此根据要求贴合成需要的层数，再进行层压，得到磁性材料片；

7)冲切：将磁性材料片按照尺寸要求进行冲切，得到要求尺寸的磁性材料片，其中用于设置在上端的数层磁性材料片上具有嵌设线圈的凹槽；

8)组装：将冲切好的磁性材料片进行相互贴合，并将线圈组装在磁性材料片的凹槽内，得到电磁屏蔽片，用于无线充电发射端和接收端。

在步骤5)中，所述覆胶工艺为印刷涂布方法，通过设计胶体的形状、大小，通过印刷涂布的方法，在图形化处理后的带材表面进行覆胶。

采用本发明的无线充电用电磁屏蔽片及制备方法，具有以下几个优点：

1、根据物理模型，为磁力线传输提供更优化的结构，充电效率得到进一步提高。

2、同比情况下，可降低模组整体厚度，结构更加合理。

3、将线圈嵌入到磁性材料片中，在进行无线充电时，线圈周围的回字型结构使得磁力线得到偏转，为磁力线提供易于导磁的通路，使得磁力线进一步聚拢，减小漏磁，充电效率得到一定提升。

附图说明

图1是本发明的无线充电用电磁屏蔽片及制备方法的结构原理图。

图2是本发明的色谱分离系统的结构原理图。

图3是本发明的实施例1的定量重复性数据的图谱。

具体实施方式

本发明的一种无线充电用电磁屏蔽片如图2所示，其主要包括横向叠置的数层磁性材料片1及适于磁性材料片1上的线圈2，所述磁性材料片1上表面设有凹槽，所述线圈2设于凹槽3内。

作为一个实施例，所述凹槽为与线圈2相匹配的环状或回字形凹槽，所述线圈2设于环状或回字形凹槽内。

作为一个实施例，所述环状或回字形凹槽开设于上端的数层磁性材料片1上,此数层磁性材料片1叠置后的环状或回字形凹槽的厚度可与线圈厚度相同，也可略大于或略小于线圈厚度，两者厚度差可控制在为-0.2～0.2mm。

作为一个实施例，所述开设有环状或回字形凹槽的数层磁性材料片1与下方的其余层磁性材料片1的材料可以为相同或不同。

作为一个实施例，所述其余层磁性材料片1的数量为一层或一层以上，一层以上的其余层磁性材料片1的材料可以为相同或不同。

作为一个实施例，所述磁性材料片1为软磁材料，可以为软磁铁氧体、磁粉芯、坡莫合金或非晶/纳米晶导磁片中的一种或多种搭配。由于软磁铁氧体和磁粉芯可以使用压制烧结成型工艺进行制备，且由于饱和磁感和磁导率限制，对大功率传输情况，需要较大/较厚尺寸才能满足要求，而电力电子行业对产品的超薄化、高频化的不懈追求，迫使我们不得不选取和开发更加有优势的屏蔽材料进行使用，因此这里不以铁氧体和磁粉芯进行说明，但是铁氧体和磁粉芯同样适用于回字型结构，且同比情况充电效率有提升，此回字型结构的磁材可以是一种材料，也可以是2种或2种以上磁性材料的搭配。

作为一个实施例，所述磁性材料片1的最小厚度为0.01mm。

下面以非晶/纳米晶导磁片为例进行说明，导磁片的部分制备工艺，已经在专利(一种无线充电用电磁屏蔽片CN201521079951.9)中进行了详细说明。下面简述一下工艺流程，如图3所示：

1)制备电磁波屏蔽片的准备阶段：准备所需的非晶、纳米晶带材、高导磁带材(高导磁性能合金，可以是某种高导磁纳米晶合金，也可以是Co基、Ni基、Fe-Ni基、Fe-Co基、Fe-Co-Ni基高导磁合金。其具有磁导率高、损耗更低的特点)，准备相关生产设备，准备粘附胶(单面胶、双面胶、印刷胶带)、准备铁氧体磁性片，准备石墨散热片。

2)热处理：将非晶、纳米晶带材按照要求卷绕至一定的尺寸。之后将卷绕好的纳米晶带材、高导磁合金带材放在热处理炉内进行热处理，具体处理工艺方法在专利(一种用于磁屏蔽上的非晶或纳米晶材料的热处理方法CN201510990249.6)中已进行详细说明。

3)覆单面胶：将热处理好的带材进行单面覆胶，可使用辊对辊的的覆胶工艺进行覆胶。将带有单面胶的保护膜贴在热处理过的带材的表面，作为下一步的压合原材。

4)磁片图形化处理：采用激光切割或化学蚀刻处理工艺，具体工艺说明可见(一种无线充电用电磁屏蔽片的制备方法及电磁屏蔽片CN201510977190.7)。

5)再次覆胶：在4)中激光图形化处理后的未覆胶的带材表面进行再次覆胶。覆胶工艺为印刷涂布方法，通过设计胶体的形状、大小，通过印刷涂布的方法，在图形化处理后的磁片表面进行覆胶。

6)粘合层压：将4)中带材带胶一面贴合到另一片带材没有胶的表面，如此根据要求贴合成需要的层数，再进行层压工序。将贴合好的磁片进行层压，得到超薄的磁片。

7)冲切：将6)中所述的磁片按照尺寸要求进行冲切，得到要求尺寸的磁片，其中用于设置在最上层的磁性材料片上具有嵌设线圈的凹槽。

8)组装：将冲切好的磁片进行相互贴合，并与线圈进行组装，得到线圈&屏蔽片模组，用于无线充电发射端和接收端。

下面通过进一步具体举例进行说明：

使用纳米晶牌号为：1k107，成分为Fe72 Cu1Nb2Mo1V1Si15.5B7Co0.2P0.3(原子比)；

使用非晶牌号为：1k101，成分为Fe80Si11B9(原子比)

结构一：传统叠片结构，线圈下面叠片3层纳米晶。

结构二：回字型结构，所有磁性材料片使用纳米晶。

结构三：回字型结构，回字形部分(最上层)使用纳米晶，下部使用非晶，

如表1所示，通过结构一、结构二和结构三，分别与线圈进行组装，对其进行电性能测试。

从表中数据可以看出：

采用回字型结构二的磁片，相比结构一，回字型下面叠3层结构(结构二)的电感更高，Q值更大。结构三与结构二同比电感略低，阻抗略高，Q值略低。

表1

表2

如表2所示，通过充电效率对比分析：

使用结构二的屏蔽片(回字型+3叠层)，与结构一厚度相同，其充电效率相比结构一高出2.74％；而且结构二(回字型+2叠层)的厚度(0.218mm)低于结构一(0.243mm)，但充电效率也高出结构一(叠片3层)0.84％。

使用结构三的屏蔽片(回字型+3叠层)，与结构一相比，厚度略厚5μm，其充电效率相比结构一高出2.04％；而且结构三(回字型+2叠层)的厚度(0.223mm)低于结构一(0.243mm)，但充电效率也高出结构一(叠片3层)0.67％，同时成本更低。

所以，采用本发明的回字型结构得到的电磁屏蔽片与线圈模组，具有充电效率高的优势，同时在较薄的情况下可以达到传统结构(结构一)的充电效率，即可满足超薄化要求，同时可以使用廉价的磁性材料，在效率不降低的情况下降低成本。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种无线充电用电磁屏蔽片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)准备阶段：准备所需的材料、相关生产设备；

2)热处理：将磁性材料带材按照要求卷绕至相应尺寸后，将卷绕好的带材放在热处理炉内进行热处理；

3)覆单面胶：将热处理好的带材进行单面覆胶，将带有单面胶的保护膜贴在热处理过的带材表面，作为下一步的压合原材；

4)磁片图形化处理：采用激光切割或化学蚀刻处理工艺进行图形化处理；

5)再次覆胶：在磁片图形化处理后的未覆胶的带材表面进行再次覆胶；

6)粘合层压：将步骤4)中带材带胶一面贴合到另一片带材没有胶的表面，如此根据要求贴合成需要的层数，再进行层压，得到磁性材料片；

7)冲切：将磁性材料片按照尺寸要求进行冲切，得到要求尺寸的磁性材料片，其中用于设置在上端的数层磁性材料片上具有嵌设线圈的凹槽；

8)组装：将冲切好的磁性材料片进行相互贴合，并将线圈组装在磁性材料片的凹槽内，得到电磁屏蔽片，用于无线充电发射端和接收端。

2.根据权利要求1所述的无线充电用电磁屏蔽片的制备方法，其特征在于：在步骤5)中，所述覆胶工艺为印刷涂布方法，通过设计胶体的形状、大小，通过印刷涂布的方法，在图形化处理后的带材表面进行覆胶；

所述磁性材料片为软磁材料；

所述软磁材料为软磁铁氧体、磁粉芯、坡莫合金或非晶/纳米晶导磁片；

所述凹槽为与线圈相匹配的环状或回字形凹槽，所述线圈设于环状或回字形凹槽内。