CN109196969B - 用于磁屏蔽的混合金属板和包括其的无线电力传输模块 - Google Patents

用于磁屏蔽的混合金属板和包括其的无线电力传输模块 Download PDF

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Abstract

提供一种用于磁屏蔽的混合金属板和包括该混合金属板的无线电力传输模块。根据本发明实施例的用于磁屏蔽的混合金属板包括：第一板层，其由具有第一宽度的非晶合金的带板制成；以及多个第二板层，其在第一板层的一侧上堆叠成多层，其中第二板层可以是通过布置多个分开的板而形成的板层，所述多个分开的板具有比第一宽度窄的第二宽度并由纳米晶合金的带板在相同平面上制成。

Description

用于磁屏蔽的混合金属板和包括其的无线电力传输模块
技术领域
本发明涉及一种用于磁场屏蔽的屏蔽板，并且更具体地涉及一种用于磁场屏蔽的混合金属板和包括其的无线电力传输模块。
背景技术
天线通常是指将电信号转换为无线电信号的设备。近年来，通过使用这些天线，已经做出通过包括各种便携式终端设备(智能电话、平板电脑等)的电子设备组合近场通信(NFC)、无线电力传输(WPT)、磁安全传输(MST)功能。
包括上述天线的电子设备使用磁场屏蔽板来解决该问题，这是因为它由于在操作天线时产生的磁场而对在电子设备中包括的其他组件的功能产生不利影响。
也就是说，磁场屏蔽板屏蔽磁场以将电子设备中的其他部分与磁场隔离，并使磁场在期望的方向上压缩(condense)。这使得可以改善彼此匹配的天线的发送/接收通信，并且可以防止由于磁场引起的其他组件的功能的劣化。
此时，当要使用的磁场屏蔽板仅在特定频带中具有优异的磁导率时，出现以下问题。
当在一个电子设备中嵌入使用不同频带的近场通信(NFC)、无线电力传输(WPT)和磁安全传输(MST)功能的组合的天线时，可以维持或改善任何一个功能。也就是说，存在难以维持或改善复杂天线功能的任何一个功能的问题。
为了解决这个问题，已经尝试使用基于Fe的非晶带板实现磁场屏蔽板。在基于Fe的非晶带板的情况下，由于高饱和磁通密度，在1MHz或更低的低频带中性能优异，然而，在1MHz或者更高的高频带中性能差。
另一方面，由纳米晶合金的带板制成的磁场屏蔽板在高频带中具有比基于Fe的非晶带板更低的磁导率损失率。因此，在使用高频带改善天线性能方面具有优势。然而，由于涉及快速冷却或热处理的制造工艺的特性，当制造具有60mm或更大的宽度的带板时，纳米晶合金的带板具有生产成本增加的问题。
发明内容
为解决上面的问题和缺陷，本发明的目的是提供一种用于磁场屏蔽的混合金属板，其可用于复合天线，同时通过使用具有窄的宽度(例如60mm或更小的宽度)的纳米晶合金的带板来降低生产成本。
本发明的另一个目的是提供一种无线电力传输模块，其可以通过借由上述用于磁场屏蔽的混合金属板实现无线电力传输模块而应用于轻量级电子设备。
为了实现本发明的上述和其它目的，根据本发明的方面，提供了一种用于磁场屏蔽的混合金属板，其包括由具有第一宽度的非晶合金带板制成的第一板层以及在第一板层的一个表面上以多层层压的多个第二板层。其中，第二板层是通过将纳米晶合金的带板的多个分开的板布置在相同平面上而形成的板层，并且具有比第一宽度窄的第二宽度。
第二板层可以是以m×n矩阵结构(其中m和n是自然数)布置的多个分开的板的形式。在一个示例中，第二板层可以实现为其中多个分开的板以4×2或6×1的矩阵结构布置的板层。
另外，第一板层可以仅设置在第二板层的一侧。此时，第一板层可以是单层，或者多个第一板层可以堆叠在第二板层的一侧。
另外，多个第二板层可以设置在两个第一板层之间。
多个第二板层可以被布置成使得用于构成每层的多个分开的板沿着第一板层的宽度方向或长度方向在相同方向上被布置。
在构成了多个第二板层之一的两个分开的板之间形成的边界区域可以与在第二板层中的任何一个的上部或下部上设置的、构成了另一个第二板层的分开的板之间形成的边界区域连续或不连续。
用于构成多个第二板层中的任何一个的多个分开的板沿着第一方向被布置。在第二板层之一的上侧和下侧中的至少一个上设置的、构成了第二板层的多个分开的板沿着不同于第一方向的第二方向被布置。
另外，多个第二板层被堆叠成三层至十层的多层。
非晶合金可以是基于Fe的非晶合金。
同时，本发明提供了一种无线电力传输模块，包括：天线单元，其包括用于无线电力传输的至少一个天线；以及在天线单元的表面上设置的用于磁场屏蔽的混合金属板。
而且，天线单元还可以包括使用与用于无线电力传输的天线不同的频带的至少一个其他天线，并且其他天线可以是近场通信(NFC)天线、磁安全传输(MST)天线。
根据本发明，可以通过使用具有60mm或更小的宽度的纳米晶合金的带板来实现屏蔽板，从而有效地将屏蔽板应用于复合天线，同时降低生产成本。因此，本发明可以应用于轻量级和小型的电子设备。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一实施例的用于磁场屏蔽的混合金属板的视图，
图2示出了图1的分离图，
图3是图1中的部分“A”的放大截面图，
图4是示出了对图1的修改的部分“A”的放大截面图，
图5是示出了根据本发明的第二实施例的用于磁场屏蔽的混合金属板的视图，
图6示出了图5的分离图，
图7是图5中的部分“B”的放大截面图，
图8是示出了对图5的修改的部分“B”的放大截面图，
图9是示出了根据本发明的第三实施例的用于磁场屏蔽的混合金属板的视图，
图10示出了图9的分离图，
图11是示出了根据本发明的第四实施例的用于磁场屏蔽的混合金属板的截面图，
图12是根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板应用于的无线电力传输模块的示意图，
图13是示出了根据本发明的无线电力传输模块应用于便携式终端的状态的图。
具体实施方式
通过以下描述可以理解本发明的上面和其他目的、特征和优点，并且通过本发明的实施例将更清楚地理解本发明的上面和其他目的、特征和优点。此外，将理解的是，通过所附专利权利要求中所示的装置及其组合将容易地实现本发明的目的和优点。因此，本领域普通技术人员可以容易地实现本发明的技术精神。此外，如果确定与本发明相关的已知技术的详细描述使得本发明的主旨不必要地模糊，则将省略其详细描述。
如图1至图10所示，根据本发明的实施例的用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'和310可包括第一板层111和多个第二板层112。
这里，第一板层111和第二板层112可以由不同的材料制成，并且第一板层111可以是非晶合金的带板，第二板层112可以是纳米晶合金的带板。
在本发明中，非晶合金的带板可以是已知的基于Fe的非晶合金的带板。作为具体示例，基于Fe的非晶合金可以是包括铁(Fe)、硅(Si)和硼(B)的3元素子合金(sub-alloy)，或者包括铁(Fe)、硅(Si)、硼(B)、铜(Cu)和铌(Nb)的5元素子合金。另外，纳米晶合金的带板可以是用基于Fe的非晶合金热处理的带板，或者可以是用基于Co的非晶合金热处理的带板。
当根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310应用于包括使用低频带的天线和使用高频带的天线的天线单元时，可以增强使用低频带的天线的性能以及使用高频带的天线的性能。
这里，使用低频带的天线可以是使用100至350kHz的磁感应方法的无线电力传输天线121，或者使用100kHz或更低频率的磁安全传输天线122。使用高频带的天线可以是使用13.56MHz的近场通信天线123，或者是使用6.78MHz的磁共振方法的无线电力传输天线(参见图12)。另外，用于磁感应方法的无线电力传输的天线121可以是在使用永磁体的无线电力传输模块中包括的天线。
由于基于Fe的非晶带板在1MHz或更低的低频带中的高饱和磁通密度，因此其可以表现出优异的性能，并因此可以适用于改善使用1MHz或更低的低频带的天线的性能。
另外，与Fe非晶态带板相比，纳米晶合金的带板在高频带中具有较低的磁导率损失率。因此，相对于非晶合金的带板，带板可以在相对高频带中发挥出超过一定水平的优异性能。也就是说，带板可以有利于改善使用高频带的天线的性能。
因此，根据本发明的磁屏蔽混合金属板110、110'、210、210'和310可以通过由非晶合金带板制成的第一板层111改善在低频带中操作的天线的性能。混合金属板110、110'、210、210'和310可以通过由纳米晶合金的带板制成的第二板层112提高在高频带中操作的天线的性能。因此，混合金属板110、110'、210、210'和310可以通过一个板在低频带和高频带中表现出超过一定水平的性能。
第一板层111可以是具有第一宽度和预先确定的面积的板状带板。具有第二宽度的第二板层112可以被配置为使得由纳米晶合金的带板制成的多个分开的板112a和112a'彼此相邻地布置以构成一层。
这里，如图1和图2所示，多个分开的板112a和112a'可以具有比第一板层111的整个长度短的长度。如图5和图6所示，多个分开的板112a和112a'可以具有基本上等于第一板层111的总长度的长度。
另外，第一宽度可以与第一板层111的总宽度相同。第二宽度可以小于第二板层112的总宽度。第二宽度可以小于第一宽度。
通常，即使制造非晶合金的带板以具有60mm或更大的宽度，制造具有90mm或更小的宽度的带板的生产成本也没有差别。存在的问题是，与具有60mm或更小的宽度相比，纳米晶合金的带板的生产成本增加以便具有超过60mm的宽度。
为了解决这个问题，在本发明中，纳米晶合金的带板由具有小宽度，例如宽度为60mm或更小的分开的板112a和112a'形成。另外，第二板层112被设置成使得多个分开的板112a和112a'在相同平面上彼此相邻。因此，由于使用具有小宽度的纳米晶合金的带板，并且可以防止增加生产成本。
此时，根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板可以具有多层结构，其中堆叠了多个第二板层112。
例如，用于磁场屏蔽的混合金属板可以具有这样的结构，其中多个分开的板112a和112a'被布置为在相同平面上彼此相邻，使得构成一层的第二板层112中的每一个堆叠成两层或更多层。例如，多个第二板层112可以是三层至十层的多层结构。
然而，应该注意的是，第二板层的堆叠层的总数不限于此，而是可以根据设计条件堆叠成各种层。另外，构成每个第二板层112的多个分开的板112a和112a'可以具有相同的宽度(参考图3、图4和图7)，并且可以具有不同的宽度(参考图8)。
这里，粘合层113可以被设置在彼此层压的一对第二板层112之间。粘合层113可以被设置在彼此堆叠的一对第二板层112之间。粘合层113可以是膜状基底和在基底的至少一侧上具有粘合性能的液体或凝胶状粘合剂，并且包括非导电组分。
在这种情况下，粘合剂可以部分地穿透在两个相邻的分开的板之间形成的边界区域S1、S2和S3。当粘合剂包含非导电组分时，一对相邻的分开的板112a和112a'可以通过在边界区域S1、S2和S3中渗透的粘合剂而彼此绝缘。
另外，在相同平面上彼此相邻而设置的多个分开的板112a和112a'当中彼此相邻的两个分开的板可以被设置成使得其一端直接彼此直接接触，或者彼此间隔开。
在示例性实施例中，如图1至图4所示，根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板110和110'可以具有多层结构，其中多个第二板层112被堆叠在第一板层111的一个表面上。
此时，形成了每个第二板层112的多个分开的板112a可以具有比第一板层111的长度短的长度，并且可以以m×n(m，n是自然数)的矩阵结构来布置。例如，多个分开的板112a可以以4×2矩阵结构来布置，使得具有相同宽度和长度的八个板彼此相邻，从而形成每个第二板层112。粘合层113可以被设置在各个板层111和112(112和112)之间。
然而，应当注意的是，构成第二板层112的多个分开的板112a的数量不限于此，并且可以使用各种数量。另外，由多层组成的多个第二板层112可以具有相同的矩阵结构或不同的矩阵结构。例如，可以交替地堆叠具有4×2矩阵结构的第二板层和具有2×4矩阵结构的第二板层。
此时，在彼此相邻设置以形成多个第二板层112中的任何一个第二板层112的一对分开的板112a之间形成的边界区域S2可以被布置为与在任何一个第二板层的上部或下部上设置的彼此相邻设置以形成另一个第二板层112的一对分开的板112a之间所形成的边界区域S1和S3连续(参考图3)或者不连续(参考图7和8)。
换句话说，在多个第二板层112中的第二板层112的上部和下部上分别设置的、在第二板层112中形成的边界区域S1和S3可以位于相同直线上，或不位于相同直线上。
优选地，当多个第二板层112堆叠成多层时，在彼此相邻设置以构成相应的第二板层112的一对分开的板112a之间形成的边界区域S1、S2和S3中的每个可以沿着第二板层112的堆叠方向以Z字形方式形成。
这使得在水平方向上布置的一对分开的板112a之间形成的边界区域S2可以总是被在上部或下部堆叠的其他分开的板112a覆盖和支撑。因此，改善第二板层112之间的粘合性并增加结构刚度。
同时，在第二板层112的一侧上设置的第一板层111可以是单层，但是可以通过将多个第一板层111堆叠成多层来形成。例如，根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板110和110'可以具有五层结构，其中由两层组成的第一板层111堆叠在由三层组成的第二板层112的一个表面上。
在这种情况下，单独的保护膜114可以经由粘合层113附着到与第一板层111相对设置的第二板层112的暴露表面。
作为另一示例性实施例，根据本发明的磁场屏蔽混合金属板210、210'、310可包括在两个第一板层111之间的多个第二板层，如图5至图10所示。形成了相应的第二板层112的多个分开的板112a'可以被布置为沿着第一板层111的一个方向彼此相邻。
具体地，形成了相应的第二板层112的多个分开的板112a可以沿着第一板层111的宽度方向和长度方向中的一个在相同方向上彼此相邻地设置，以形成单个第二板层112。(参考图5至图8)。
也就是说，形成了每个第二板层112的所有分开的板112a'沿着第一板层111的宽度方向或者在第一板层111的长度方向上平行布置。粘合层113可以被设置在相应的板层111和112(112和112)之间。
此时，在彼此相邻设置以构成多个第二板层112中的任一个第二板层112的一对分开的板112a'之间形成的边界区域S2可以被布置为与在第二板层112之一的上部或下部上设置的彼此相邻以形成另一第二板层112的一对分开的板之间所形成的S1和S3连续(参考图3)或不连续(参考图7和图8)。
换句话说，在多个第二板层112中的第二板层112的上部和下部上分别设置的、在第二板层112中形成的边界区域S1和S3可以位于相同的直线上，或不位于相同的直线上。
优选地，当多个第二板层112堆叠成多层时，在彼此相邻设置以构成相应的第二板层112的一对分开的板112a之间形成的边界区域S1、S2和S3中的每个可以沿着堆叠方向以Z字形方式形成。
在水平方向上布置的一对分开的板112a之间形成的边界区域S2可以总是被在上部或下部上堆叠的其他分开的板112a覆盖和支撑。因此，可以改善第二板层112之间的粘合性并且可以增加结构刚度。
作为另一示例性实施例，根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板310可包括构成了堆叠成多层的多个第二板层112之一的多个分开的板112a'，在任何一个第二板层112的上部或下部上设置的构成了另一个第二板层112的多个分开的板112a'可以在不同的方向上被布置。
也就是说，构成了堆叠成多层的多个第二板层112之一的多个分开的板112a'可以沿第一方向布置。构成了在任何一个第二板层112的上部或下部上设置的其它第二板层112的多个分开的板112a'可以沿着不同于第一方向的第二方向进行布置。具体地，构成了堆叠成多层形式的多个第二板层112中的任何一个的多个分开的板112a'可以在第一板层111的宽度方向上分开。在第二板层112中的任一个的上部或者下部上设置的和形成了其它第二板层112的多个分开的板112a'可以在第一板层111的长度方向上进行布置。
粘合层113可以设置在层压在一起的板层111和112(112和112)之间。
在这种情况下，沿着第一板层111的宽度方向布置的分开的板112a'和沿着第一板层111的长度方向布置的分开的板112a'可以分别在堆叠方向上堆叠。因此，通过沿着第一板层111的宽度方向布置的分开的板所实现的第二板层112和通过沿着第一板层111的长度方向布置的分开的板所实现的其他第二板层112可以沿着堆叠方向交替地布置。
沿着第一板层111的宽度方向布置的分开的板112a'可以由沿着第一板层111的长度方向布置的分开的板112a'支撑。即使多个第二板层112也通过分开的板彼此分离，也可以改善相邻的第二板层112之间的粘合性，并且可以进一步提高结构刚度。
应当注意的是，根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板410可以通过堆叠多层纳米晶合金的带板而不使用非晶合金的带板来实现。也就是说，如图11所示，由纳米晶合金制成的多个分开的板112a'可以彼此相邻设置以形成一个板层112，并且每个板层112可以经由粘合层113形成为多层层叠。此时，用于磁场屏蔽的混合金属板410可包括经由粘合层113附接到最上层和最下层的保护膜114。
另外，尽管未示出，但是根据本发明的用于磁场屏蔽的混合金属板可以通过以图5至图10的形式堆叠具有多层的第二板层112来形成，并且第一板层111可以层叠在最上部或最下部处设置的第二板层112的一侧上。在这种情况下，注意的是，第一板层111可以通过以与图1和图2中所示的实施例中相同的方式堆叠两层或更多层非晶合金的带板而形成。
同时，用于磁场屏蔽的上述混合金属板110、110'、210、210'、310和410可应用于无线电力传输模块100。也就是说，无线电力传输模块100可以包括天线单元120和用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310、410(参考图12)。
天线单元120可以包括使用预先确定的频带并且被配置为使用频带执行预先确定的功能的至少一个天线。
天线单元120可以包括多个天线，其执行不同角色，并且可以通过粘合层固定到磁场屏蔽混合金属板110、110'、210、210'、310和410的一个表面。
在本发明中，天线可以设置成圆形、椭圆形或四边形板状线圈，其中具有预先确定长度的导电构件在顺时针或逆时针方向上缠绕多次。
天线可以固定到磁场屏蔽混合金属板110、110'、210、210'、310和410的一个表面。
可以通过在由诸如聚酰亚胺(PI)或PET的合成树脂制成的电路板124的至少一个表面上以环状图案化诸如铜箔的导体，或者使用导电油墨以环状图案来形成天线。
另外，当天线单元包括多个天线时，多个天线可以被配置为使得电路板上的扁平线圈和图案化天线彼此组合。
天线单元120可以被一起配置为执行用于产生发送和接收无线电力信号的便携式电磁设备的电力的接收线圈(Rx线圈)(次级线圈)或发送线圈(Tx线圈)的角色的部分，以及以下描述的其他部分。
也就是说，天线单元120可以包括用于无线电力传输的至少一个天线121，以用于接收或发送无线电力。除了无线电力传输天线121之外，无线电力传输天线121还可以包括使用不同频带的至少一个其他天线122和123。
例如，其他天线122和123可以是用于MST(磁安全传输)的天线122或用于NFC(近场通信)的天线123，并且天线单元120可以包括用于MST的天线122和用于NFC的天线123中的至少一个。
用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310、410可以设置在天线单元120的一个表面上，以屏蔽由天线单元120产生的磁场，从而改善天线在频带中操作的性能。
用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310、410可以设置在天线单元120的一个表面上，并屏蔽由天线单元120产生的磁场，以增加磁场的压缩速度，因此，增强了天线在预先确定频带中操作的性能。
磁场屏蔽混合金属板110、110'、210、210'、310、410可以堆叠由非晶合金的带板制成的至少一个第一板层111和由纳米晶合金的带板制成的多层第二板层112和由纳米晶合金的带板制成的多层。
因此，即使天线单元120包括使用不同频率(特别是高频带和低频带)的多个天线，也可以通过一个板来增强天线的性能。
由于用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310和410与上述那些相同，因此将省略其详细描述。
用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310和410以及无线电力传输模块100可应用于Qi标准方法和PMA标准方法的无线电力传输或使用永磁体的无线电力传输。另外，天线单元120可以包括以磁感应方法操作的无线电力传输天线121和以磁共振方法操作的A4WP天线。
另外，无线电力传输模块100可以执行无线电力传输模块或无线电力接收模块的角色。
例如，当无线电力传输模块100用作无线电力接收模块时，无线电力传输模块100可以安装在诸如便携式终端的便携式电子设备主体90的后盖或后壳92上(参考图13)。
另外，除了小的或者便携式电子设备，例如便携式终端，或用于对诸如车辆或无人机的移动体或载体的电池进行充电的无线电力传输模块100之外，上述用于磁场屏蔽的混合金属板110、110'、210、210'、310和410通过上述方法还可以以具有大面积的形式来实现。
如上所述，已经关于特别优选的实施例描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例，并且本领域普通技术人员可以在不脱离本发明的精神的情况下进行各种修改和变化。

Claims (13)

1.一种用于磁场屏蔽的混合金属板，包括：
第一板层，该第一板层由具有第一宽度的非晶合金的带板制成；以及
多个第二板层，该多个第二板层在所述第一板层的一个表面上被层压成多层；
其中所述第二板层是通过将纳米晶合金的带板的多个分开的板布置在相同平面上而形成的板层，并且具有比所述第一宽度窄的第二宽度。
2.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述第二板层是以m×n矩阵结构布置的多个分开的板的形式，其中m和n是自然数。
3.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述第一板层仅被设置在所述第二板层的一侧。
4.根据权利要求3所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述第一板层被层压成多层。
5.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述多个第二板层被设置在两个所述第一板层之间。
6.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述多个第二板层被布置为使得用于构成每层的多个分开的板沿着所述第一板层的宽度方向或长度方向被布置在相同方向上。
7.根据权利要求6所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中在构成了多个第二板层之一的两个分开的板之间所形成的边界区域与在所述第二板层中的任何一个的上部或下部上设置的、构成了另一个第二板层的分开的板之间所形成的边界区域连续或不连续。
8.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中用于构成多个第二板层中的任何一个的所述多个分开的板沿着第一方向被布置，并且在所述第二板层之一的上侧和下侧中的至少一个上设置的、构成了所述第二板层的所述多个分开的板沿着不同于所述第一方向的第二方向被布置。
9.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述多个第二板层被堆叠成三层至十层的多层。
10.根据权利要求1所述的用于磁场屏蔽的混合金属板，其中所述非晶合金是基于Fe的非晶合金。
11.一种无线电力传输模块，包括：
天线单元，该天线单元包括：用于无线电力传输的至少一个天线；以及在所述天线单元的表面上设置的、根据权利要求1至10中任一项所述的用于磁场屏蔽的混合金属板。
12.根据权利要求11所述的无线电力传输模块，其中所述天线单元还包括使用与用于无线电力传输的天线不同的频带的至少一个其他天线。
13.根据权利要求12所述的无线电力传输模块，其中所述其他天线是NFC天线或MST天线。
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