JP2018537931A - 磁気共振方式無線電力転送用磁場遮蔽ユニット、これを含む無線電力転送モジュール及び電子装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、前記保護部材は一面に備えられた第1接着層を通じて磁場遮蔽層の一面に接着され、前記接着部材は一面に備えられた第2接着層を通じて前記磁場遮蔽層の他面に接着され、磁場遮蔽層に含まれた誘電体は前記第1接着層及び第2接着層のうちのいずれか1つ以上の接着層の一部がFe系合金破片の間の離隔空間に侵入して形成されたものでありうる。
また、前記Fe系合金破片はFe系非晶質合金リボン由来であって、前記Fe系合金は鉄(Fe)、珪素(Si)、及び硼素(B)を含む3元素系合金、または鉄(Fe)、珪素(Si)、硼素(B)、銅(Cu)、及びニオビウム(Nb)を含む5元素系合金でありうる。
また、前記磁場遮蔽層が遮蔽ユニットに複数個で備えられ、隣接した磁場遮蔽層の間には磁場遮蔽層の間を接着させ、渦電流を減少させるための誘電体層が介在できる。
また、前記磁場遮蔽層のうちのいずれか1つの磁場遮蔽層は、他の磁場遮蔽層と透磁率が互いに相異することができる。
また、前記磁場遮蔽ユニット側の無線電力転送モジュールの一面に前記導電体として厚さが30μmである銅板を配置させ、前記放射体ユニット側の無線電力転送モジュールの一面から一定距離離隔して下記第1放射体2つを用いたバイファイラーコイル(Bifilar coil)を配置し、そして、前記バイファイラーコイルに駆動周波数750kHz、入力電圧6Vを印加して無線電力信号を送信させた時、無線電力転送用放射体として下記第2放射体を備えた前記無線電力転送モジュールが前記無線電力信号を受信することができる最大受信距離は58mm以上でありうる。
本発明で使用した用語に、“放射体”は信号を送信及び受信する物体を全て含む意味として使用する。
また、前記硬化剤は公知のものであれば特別な制限無しで使用することができ、これに対する非制限的な例として、アミン化合物、フェノール樹脂、酸無水物、イミダゾール化合物、ポリアミン化合物、ヒドラジッド化合物、ジシアンジアミド化合物などを単独または2種以上混合して使用することができる。硬化剤は、好ましくは、芳香族アミン化合物硬化剤またはフェノール樹脂硬化剤から選択された1種以上の物質からなる。芳香族アミン化合物硬化剤またはフェノール樹脂硬化剤は常温で長期間保管しても接着特性変化が少ないという長所を有する。芳香族アミン化合物硬化剤には、m−キシレンジアミン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2'−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4'−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンなどがあり、これらを単独または併用して使用することができる。また、フェノール樹脂硬化剤には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリ−p−ビニールフェノールt−ブチルフェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などがあり、これらを単独または併用して使用することができる。硬化剤の含有量は熱可塑性樹脂及び熱可塑性樹脂のうち、少なくとも1つ以上の樹脂100重量部当たり20〜60重量部であることが好ましい。硬化剤の含有量が10重量部未満の場合には熱硬化性樹脂に対する硬化効果が不足して耐熱性の低下をもたらし、一方、60重量部を超過すれば、熱硬化性樹脂との反応性が高まるようになって磁場遮蔽ユニットの取扱性、長期保管性などの物性特性を低下させることがある。
また、保護部材140は前記基材フィルム140aの一面に第1接着層140bを備えることができるが、前記第1接着層140bを通じて保護部材140が磁場遮蔽層110に付着できる。前記第1接着層140bは、通常の接着層である場合、制限無しで使われることができるが、好ましくは前述した誘電体形成組成物であって、これを通じて渦電流の発生を最小化させることができ、磁場遮蔽層110に備えられる誘電体112と相溶性の増加により一層向上した接着力を発現することができる。これによって、誘電体112の組成と前記第1接着層140bの組成は同一でありうるが、これに制限されるものではない。前記第1接着層140bの厚さは3〜50μmでありうるが、これに制限されるものではなく、目的によって変更して実施できる。
まず、熱処理されたFe系合金リボンを準備するステップ(a)を遂行することができる。前記Fe系合金リボンはメルトスピニングによる急冷凝固法(RSP)のような公知の方法により製造できる。製造されたFe系合金リボンは所定の幅を有するように切断後に透磁率の調節のために熱処理工程を経ることができる。この際、熱処理温度はFe系合金の組成、組成比、及び目的とする非晶質合金の透磁率の程度によって異に選択できるが、目的とする動作周波数範囲で一定水準以上の優れる物性を発現するために大気雰囲気または窒素雰囲気下で300〜600℃の温度、より好ましくは400〜500℃に熱処理されることができ、より好ましくは440〜480℃の温度に30分〜2時間の間熱処理できる。もし、熱処理温度が300℃未満の場合、目的とする透磁率水準に比べて透磁率があまり低いか高いことがあり、脆性が弱くて破砕させて破片化させ難いことがあり、熱処理時間が延長できる。また、熱処理温度が600℃を超過する場合、透磁率が格段に低くなる問題点がある。
まず、前記(b)ステップに対する一実施例は、Fe系合金リボンの一面に第1接着層が形成された保護部材を付着させ、他面に第2接着層が形成された接着部材を付着させた積層体を破砕装置を通過させて前記Fe系合金リボンを非定型の破片に砕くことができる。以後、積層体に圧力を加えて前記Fe系合金破片間の離隔空間に前記第1接着層と第2接着層が侵入して破片を固定、支持させると共に、破片を互いに絶縁させて渦電流の発生を格段に減少させ、水分の侵入を防いで非晶質合金の酸化を防止することができる。前記積層体に圧力を加える方法は、破砕装置で破砕と共に積層体に圧力を加える方式により遂行されるか、または積層体を破砕された後、第1接着層と第2接着層の侵入程度を一層高めるために別途の加圧工程をさらに遂行することもできる。
また、前記磁場遮蔽ユニットの一面に下記第2放射体を配置させ、他面に厚さが30μmである銅板を配置させ、前記第2放射体に平行に一定距離離隔して下記第1放射体2つを用いたバイファイラーコイル(Bifilar coil)を配置し、前記バイファイラーコイルに駆動周波数750kHz、入力電圧6Vを印加して無線電力信号を送信させた時、前記第2放射体が前記無線電力信号を受信することができる最大受信距離は58mm以上でありうる。前記第1放射体及び第2放射体は1筋の直径が500μmである銅コイル1筋を5ターンして形成させた放射体であって、外径が50.5mm×50.5mmであり、内径が50mm×50mmであり、形状が円形であり、750kHz/1Vの条件でLCRメートルで測定時、インダクタンス(Ls)が3.1〜3.15μH、比抵抗(Rs)350〜400mΩでありうる。この際、前記インダクタンス及び比抵抗の値は同一な放射体に対してLCRメートルで測定した結果であって、測定時毎に値が一定でないことによって、誤差範囲を勘案した数値である。
メルトスピニングによる急冷凝固法(RSP)によりFe73.5Si13.5B9CuNb3非晶質合金リボンを製造後に、シート形状にカッティングした厚さが24μmであるリボンシートを610℃、N2雰囲気で1時間無磁場熱処理してリボンシートを製造した。以後、前記リボンシート2枚を積層し、かつリボンシートの間に厚さが10μmである両面テープ(支持基材PET、ケーワンコーポレーション、VT−8210C)を介在させて積層した。以後、積層されたリボンシートの一面に厚さが7μmであり、一面に粘着層が形成されたPET保護部材(国際ラテック、KJ−0714)を付着させた後、図4及び図9に図示したような破砕装置を3回通過させて透磁率が200である下記<表2>のような磁場遮蔽ユニットを製造した。
実施例1と同一に実施して製造し、かつリボンシートの透磁率及び/又はリボンシートの積層数を下記<表2>または<表3>のように異にして下記<表2>または<表3>のような磁場遮蔽ユニットを製造した。
メルトスピニングによる急冷凝固法(RSP)によりFe91.6Si2B6Co0.2Ni0.2非晶質合金リボンを製造後に、シート形状にカッティングした厚さが24μmであるリボンシートを460℃、大気雰囲気で1時間無磁場熱処理してリボンシートを製造した。以後、前記リボンシート3枚を積層し、かつリボンシート間に厚さが10μmである両面テープ(支持基材PET、ケーワンコーポレーション、VT−8210C)を介在して積層させた。以後、積層されたリボンシートの一面に厚さが7μmであり、一面に粘着層が形成されたPET保護部材(国際ラテック、KJ−0714)を付着させた後、図4及び図8に図示したような破砕装置を3回通過させて透磁率が110である下記<表4>のような磁場遮蔽ユニットを製造した。
実施例14と同一に実施して製造し、かつリボンシートの透磁率及び/又はリボンシートの積層数を下記<表4>のように異にして下記<表4>のような磁場遮蔽ユニットを製造した。
下記<表5>のような製品名の厚さ及び透磁率を有するNi−Znフェライトシート(アモグリーンテック)を準備した。
磁気共振に従う無線電力信号の送受信を導電体が妨害するか否かを確認するために具体的に図9のように、下記第1放射体2つを用いたバイファイラーコイル(Bifilar coil)を無線電力送信放射体とし、その上部に一定距離離隔して無線電力受信放射体として下記第2放射体を配置した後、前記無線電力受信放射体の上部に厚さが30μmである銅板を導電体として配置させた。以後、無線電力送信放射体に駆動周波数750kHz、入力電圧6Vを印加して無線電力信号を送信させた後、無線電力受信放射体に連結されたLEDの点灯有無を確認し、無線電力受信放射体と銅板との距離を変更しながら実験して、その結果を下記<表1>、図9、及び図10に示した。
1筋の直径が500μmである銅コイル1筋を5ターンして形成させた放射体であって、外径が50.5mm×50.5mmであり、内径が50mm×50mmであり、形状が円形であり、750kHz/1Vの条件でLCRメートルで測定時、インダクタンス(Ls)3.1〜3.15μH、比抵抗(Rs)350〜400mΩである。測定されたインダクタンスと比抵抗値が可変的に記載されたものは、測定時毎に少しずつ誤差が発生するためであり、前記範囲は同一な放射体に対する誤差範囲内である。
実施例1から19及び比較例で製造された磁場遮蔽ユニットに対し、磁気共振方式の電力送受信距離を評価するために下記のような模擬評価を進行した。
実施例18と同一に実施し、かつ透磁率が500であるFe91.6Si2B6Co0.2Ni0.2リボンシート破砕回数を下記<表6>のように異にして下記<表6>のような磁場遮蔽ユニットを製造した。
実施例20から25に従う磁場遮蔽ユニットに対し、下記のような物性を評価して<表6>に示した。
横・縦が各々50mm×50mmである磁場遮蔽ユニット試片の一面に備えられた粘着性保護フィルムを剥離した後、光学顕微鏡で破片の粒径を測定して粒径が500μm未満である破片の個数及び粒径が100μm未満である破片個数及び全体破片個数をカウンティングした。その後、全体破片個数に対比した粒径500μm未満の破片割合及び粒径100μm未満の破片割合を計算した。この際、総5個の試片に対して粒径を測定して5個の試片の平均破片の割合を示した。
実験例1のように、磁場遮蔽モジュールで具現し、実験例1のような方式により磁気共振方式の電力送受信距離を評価した。この際、破片粒度分布評価に使われた各実施例別の5個の試片の各々に対する磁場遮蔽モジュールを具現し、各々の送受信距離を評価した後、平均距離を計算した。
Claims (16)
- 導電体に隣接するように配置される無線電力転送用放射体を備えた磁気共振方式無線電力転送モジュールであって、
前記磁気共振方式無線電力転送モジュールは、
前記無線電力転送用放射体を含む放射体ユニットと、
前記放射体ユニットの一面に配置され、遮蔽ユニットの可撓性の向上及び渦電流発生の減少のために破砕されたFe系合金破片及び前記破片のうちの一部の隣接する破片の間に形成された離隔空間の少なくとも一部に充填されて渦電流の発生を減少させる誘電体を含む磁場遮蔽層を備えて前記導電体による放射体の送受信妨害を遮断及び放射体特性を向上させる磁場遮蔽ユニットと、を含む、磁気共振方式無線電力転送モジュール。 - 前記磁場遮蔽ユニットは、
磁場遮蔽層の一面に配置される保護部材及び前記磁場遮蔽層の他面に配置される接着部材をさらに含む、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。 - 前記保護部材は一面に備えられた第1接着層を介して磁場遮蔽層の一面に接着され、前記接着部材は一面に備えられた第2接着層を通じて前記磁場遮蔽層の他面に接着され、磁場遮蔽層に含まれた誘電体は前記第1接着層及び第2接着層のうちのいずれか1つ以上の接着層の一部がFe系合金破片の間の離隔空間に侵入して形成された、請求項2に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記誘電体は、隣接するFe系合金破片間の離隔空間の全部に充填される、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記Fe系合金はFe系非晶質合金リボン由来であり、結晶相が非晶質であるか、またはナノ結晶粒を含む、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記Fe系合金は、鉄(Fe)、珪素(Si)、及び硼素(b)を含む3元素系合金、または鉄(Fe)、珪素(Si)、硼素(b)、銅(Cu)、及びニオビウム(Nb)を含む5元素系合金である、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記磁場遮蔽ユニットは磁場遮蔽層を複数個で備え、隣接した磁場遮蔽層の間には磁場遮蔽層の間を接着させ、渦電流を減少させるための誘電体層が介された、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記Fe系合金破片は、粒径が500μm未満である破片の個数が全体破片個数の40%以上を満たす、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記磁場遮蔽層は、単一層の厚さが15〜35μmである、請求項1に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記誘電体層は、絶縁接着層または放熱接着層である、請求項7に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記Fe系合金破片は、粒径が50μm未満である破片の個数が全体破片個数の50%未満である、請求項8に記載の磁気共振方式無線電力転送モジュール。
- 前記磁場遮蔽ユニット側無線電力転送モジュールの一面に前記導電体として厚さが30μmである銅板を配置させ、前記放射体ユニット側無線電力転送モジュールの一面から一定距離離隔して下記第1放射体2つを用いたバイファイラーコイル(Bifilar coil)を配置、及び前記バイファイラーコイルに駆動周波数750kHz、入力電圧6Vを印加して無線電力信号を送信させた時、
無線電力転送用放射体として下記第2放射体を備えた前記無線電力転送モジュールが前記無線電力信号を受信することができる最大受信距離は58mm以上であり、
第1放射体及び第2放射体の1筋の直径が500μmである銅コイル1筋を5ターンして形成させた放射体は、外径が50.5mm×50.5mmであり、内径が50mm×50mmであり、形状が円形であり、750kHz/1Vの条件でLCRメートルで測定時、インダクタンス(Ls)が3.1〜3.15μH、比抵抗(Rs)350〜400mΩである、請求項1に記載の無線電力転送モジュール。 - 遮蔽ユニットの可撓性の向上及び渦電流発生の減少のために破砕されたFe系合金の破片及び前記破片のうちの一部の隣接する破片の間に形成された離隔空間の少なくとも一部に充填されて渦電流の発生を減少させる誘電体を含む磁場遮蔽層を備えて放射体の周辺の導電体による放射体の送受信妨害を遮断し、放射体の特性を向上させる、磁気共振方式無線電力転送用磁場遮蔽ユニット。
- 前記磁場遮蔽ユニットの一面に下記第2放射体を配置させ、他面に厚さが30μmである銅板を配置させ、前記第2放射体に平行に一定距離離隔して下記第1放射体2つを用いたバイファイラーコイル(Bifilar coil)を配置、及び前記バイファイラーコイルに駆動周波数750kHz、入力電圧6Vを印加して無線電力信号を送信させた時、前記第2放射体が前記無線電力信号を受信することができる最大受信距離は58mm以上であり、
第1放射体及び第2放射体の1筋の直径が500μmである銅コイル1筋を5ターンして形成させた放射体は、外径が50.5mm×50.5mmであり、内径が50mm×50mmであり、形状が円形であり、750kHz/1Vの条件でLCRメートルで測定時、インダクタンス(Ls)が3.1〜3.15μH、比抵抗(Rs)350〜400mΩである、請求項13に記載の磁気共振方式無線電力転送用磁場遮蔽ユニット。 - 前記Fe系合金破片は粒径が500μm未満である破片の個数が全体破片個数の60%以上を満たす、請求項13に記載の磁気共振方式無線電力転送用磁場遮蔽ユニット。
- 導電体と、
無線電力転送用放射体を含んで前記導電体に隣接するように配置される放射体ユニットと、
前記放射体ユニットの一面に配置され、遮蔽ユニットの可撓性の向上及び渦電流発生の減少のために破砕されたFe系合金の破片及び前記破片のうちの一部の隣接する破片の間に形成された離隔空間の少なくとも一部に充填されて渦電流の発生を減少させる誘電体を含む磁場遮蔽層を備えて、前記導電体による放射体の受信妨害を遮断及び放射体の特性を向上させる磁場遮蔽ユニットと、
を含む、電子装置。
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