JP6995926B2 - 無線充電モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年５月２３日に出願された中国特許出願第２０１９１０４３２４３０．３号の優先権を主張する。その全文は、参照により本出願に組み込まれる。

本発明は、充電装置の技術分野に関し、より詳細には、無線充電モジュールおよびその製造方法に関する

誘導充電や非接触充電とも呼ばれる無線充電は、無線電力伝送技術から派生した充電技術である。無線充電の間、電流が流れるとコイルが発熱して、装置の狭く密閉された空間で多量の熱を発生させる。その結果、電子デバイスの充電効率、作業効率および寿命を低下させる。従来の無線充電モジュールは、コイルの一方の側とスペーサとを接合させ、コイルの他方の側に通常のフィルムを貼り付ける。通常のフィルムは、熱伝導率が低く熱抵抗が大きいため、非平面コイルとスペーサとを貼り合わせるプロセスの間に界面の空気を完全に排出することは困難である。また、熱伝導率の低い空気の熱抵抗が大きいため、熱伝導効率が低い。

本発明の実施形態は、先行技術における通常のフィルムの放熱性が悪いという問題を解決するための無線充電モジュールおよびその製造方法を提供する。

本発明の一実施形態において、無線充電モジュールが提供され、該モジュールは、磁気シールド部と、コイルと、第１の放熱層と、を備える。コイルは、磁気シールド部上に配置され、第１の放熱層は、磁気シールド部から離れた位置でコイルの表面上に配置される。

本発明の別の実施形態において、該製造方法は、コイルの表面上に第１の放熱層を形成するステップと、第１の放熱層から離れた位置でコイルの表面に磁気シールド部を固定するステップと、を含む。

本発明の一実施形態において、第１の放熱層は、コイルを完全に覆うことができる。優れた放射放熱能力を有する第１の放熱層は、コイルの放熱に役立つ。また、第１の放熱層の厚さが調整可能であるため、無線充電モジュールの厚さおよびコストを増加させることなく、効果的で安定した放熱性能を提供することができる。

しかしながら、本明細書が本発明のすべての態様および実施形態を含むとは限らず、本明細書が本発明を限定または制限することを意図しておらず、本明細書に記載される本発明が明らかな改良および変形例を包含することを当業者は理解するであろうことに留意されたい。

新規であると考えられる例示的な実施形態の特徴ならびに例示的な実施形態の特徴的な要素および／またはステップは、特に添付の特許請求の範囲に記載されている。添付の図面は、説明のためだけに図示するものであって、縮尺通りに描かれていない。例示的な実施形態は、その構成および動作方法に関して、添付の図面を参照して詳細に記載する以下の説明から理解されるであろう。
本発明による無線充電モジュールの第１の実施形態の模式図である。 本発明による無線充電モジュールの第１の実施形態の製造フローチャートである。 本発明による無線充電モジュールの第２の実施形態の模式図である。 本発明による無線充電モジュールの第２の実施形態の製造フローチャートである。 本発明による無線充電モジュールの第３の実施形態の模式図である。 本発明による無線充電モジュールの第３の実施形態の製造フローチャートである。 本発明による無線充電モジュールの第４の実施形態の模式図である。 本発明による無線充電モジュールの第５の実施形態の模式図である。 本発明による無線充電モジュールの第６の実施形態の模式図である。 本発明による無線充電モジュールの第７の実施形態の模式図である。

以下、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は、多くの異なる形態で実現されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。むしろ、これらの実施形態は、当業者に本発明が明確且つ完全に理解されるように且つ本発明の範囲を完全に伝達されるように提供される。

本説明および添付の特許請求の範囲を通して、特定の用語が特定の要素を参照するために用いられる。当業者が認識するように、製造業者によって異なる名称で同一の構成要素を参照する場合がある。本明細書において、名称が異なる構成要素は区別される意図はなく、機能が異なる構成要素は区別されるよう意図されている。以下の説明および添付の特許請求の範囲において、「含む（include/including）」および「備える（comprise/comprising）」という用語は、オープンエンド方式（限定を設けない方式）で用いられ、「それらを含むがこれに限定されない」として解釈されるものである。「実質的な／実質的に（Substantial/substantially）」は、許容できる誤差の範囲内であり、当業者が、特定の誤差の範囲内で技術的な問題を解決することができ、それにより、基本的な技術的効果が達成されることを意味する。

以下の説明は、本発明を実施するための最良の態様を示すものである。本説明は、本発明の全体的な原理を例示する目的で作成されており、限定的な意味でとられるものではないことに留意されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して最も適切に決定される。

さらに、「含む（include）」および「含有する（contain）」という用語ならびにそれらの任意の活用形は、非網羅的な包含を扱うことが意図される。したがって、一連の要素を含むプロセス、方法、物体または装置は、それらの要素だけでなく、明示的に規定されていない他の要素や、そのプロセス、方法、物体または装置に本来備わっている要素を含むことができる。特段の限定がない場合、「含む（include a/an ...）」によって限定される要素は、その要素を含むプロセス、方法、品物または装置に存在する他の同じ要素を排除しない。

以下の実施形態において、同一の参照符号が、全体を通して同一または同様の要素を参照するために、用いられる。

図１は、本発明による無線充電モジュールの第１の実施形態の模式図である。図に示すように、本実施形態の無線充電モジュール１は、無線充電技術に適用される。本発明による無線充電モジュール１は、充電する側（すなわち送信側）の充電デバイス、または充電される側（すなわち受信側）の電子デバイスのために使用され得る。充電デバイスの無線充電モジュール１は、誘導結合を介して、電子デバイスの無線充電モジュール１にエネルギーを供給して電子デバイスを充電する。

無線充電モジュール１は、磁気シールド部１１と、コイル１３と、第１の放熱層１５と、を備える。コイル１３は、第１の表面１３１と、第１の表面１３１の反対側の第２の表面１３３と、を有する。磁気シールド部１１は、コイル１３の第１の表面１３１上に配置され、第１の放熱層１５は、コイル１３の第２の表面１３３上に配置される。第２の表面１３３は、磁気シールド部１１から離れた位置に配置される。本実施形態において、第１の放熱層１５は、コイル１３の第２の表面１３３に完全に貼り付けられてもよい。これにより、良好な放射放熱能力を有する第１の放熱層１５は、コイル１３に効果的な放熱性を提供することができる。本実施形態において、第１の放熱層の熱伝導率係数は、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ～２０００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であり、第１の放熱層の放射係数は、０．９０～０．９５の範囲である。一部の実施形態において、第１の放熱層の熱伝導率係数は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ～２０００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲である。また、第１の放熱層１５の厚さは、無線充電モジュール１の全体の厚さおよび放熱性に影響を与える。第１の放熱層１５の厚さは、ユーザの要求に応じて調整することができる。本実施形態において、第１の放熱層１５は、５ｕｍ～２０ｕｍの厚さを有する。

コイル１３は、全体として銅から形成される。コイル１３は、平巻きされており、磁気シールド部１１の表面に貼り付けられる。また、磁気シールド部１１は、硬質磁性板および軟質磁性板を用いることができる。硬質磁性板は、高温でフェライト板を焼結したものであり、高い透磁率を有し、発信側に適している。軟質磁性板は、プラスチックまたはゴムに合金磁性粉末を添加してから成形加工することで製造される。軟質磁性板は、無線充電方式に従って所望の形状および大きさに打ち抜き加工することができ、ユーザの要求に応じてカスタマイズすることもできる。軟質磁性板は、受信側に適している。さらに、コイル１３と磁気シールド部１１とは、第１の接着部材１７によって互いに接合される。本実施形態において、第１の接着部材１７は、両面テープ１７１である。

図１と共に、本発明による無線充電モジュールの第１の実施形態の製造フローチャートである図２を参照されたい。図に示すように、無線充電モジュールの製造方法の一実施形態において、まず、コイル１３の表面上に第１の放熱層１５を形成するように、ステップＳ１が実施される。ここで、第１の放熱層１５は、第１の放熱層１５がコイル１３に完全に貼り付けられるように、吹き付け、コーティングまたは物理気相成長法（ＰＶＤ）によって、コイル１３上に形成される。一部の実施形態において、第１の放熱層１５は、蒸着またはスパッタリングによって、コイル１３上に形成される。次に、第１の放熱層１５から離れた位置でコイル１３の表面に磁気シールド部１１を固定するように、ステップＳ３が実施される。ここで、第１の接着部材１７は、第１の放熱層１５から離れた位置でコイル１３の表面上に形成され、磁気シールド部１１は、第１の接着部材１７に貼り付けられる。

本実施形態において、充電する側（すなわち送信側）と充電される側（すなわち受信側）とで兼用できる無線充電モジュール１が提供される。放熱層１５をコイル１３の表面に貼り付けることで、無線充電モジュール１が伝導放熱を実施することができる。その結果、本実施形態の無線充電モジュール１が動作したときに、コイル１３で発生した熱エネルギーが無線充電モジュール１に蓄積されることを防ぐように、コイル１３で発生した熱エネルギーが第１の放熱層１５から外部に放出される。このようにして、コイル１３の外部熱伝導効率を向上させることができる。上述したように第１の放熱層１５を適用することで、無線充電モジュール１の温度が７．５％低下する。

本発明による無線充電モジュールの第２の実施形態の模式図である図３を参照されたい。図に示すように、本実施形態と第１の実施形態との相違点は、第２の実施形態の無線充電モジュールが第２の放熱層１９をさらに備える点である。第２の放熱層１９は、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に配置される。すなわち、第２の放熱層１９とコイル１３とは、磁気シールド部１１において互いに反対側の位置に配置される。第２の放熱層１９は、銅や銀などの熱伝導率に優れた金属材料から形成された、例えばヒートシンクや放熱フィンのような放熱部材である。第２の放熱層１９は、第２の放熱層１９が磁気シールド部１１上に固定されるように、第２の接着部材２１によって磁気シールド部１１に接合される。本実施形態において、第２の接着部材２１は、両面テープ２１１である。本実施形態において、磁気シールド部１１の一方の表面に第２の放熱層１９を設けることは、コイル１３からの磁気シールド部１１の熱を第２の放熱層１９から外部に放出するのに役立つ。このように、本実施形態の無線充電モジュール１で発生した熱エネルギーを、第１の放熱層１５から外部に伝導させ、同時に第２の放熱層１９から外部に伝導させることができる。これにより、全体の放熱性を向上させることができる。

図３と共に、本発明による無線充電モジュールの第２の実施形態の製造フローチャートである図４を参照されたい。図に示すように、本実施形態において、まず、図２と同様にステップＳ１およびＳ３が実施される。ステップＳ３が実施された後に、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に第２の放熱層１９を形成するように、第２の実施形態のステップＳ３１が実施される。本実施形態において、第２の放熱層１９は、第２の接着部材２１によって、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に配置される。言い換えると、第２の接着部材２１は、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に形成され、第２の放熱層１９は、第２の接着部材２１に貼り付けられる。

本発明による無線充電モジュールの第３の実施形態の模式図である図５を参照されたい。図に示すように、本実施形態と第１の実施形態との相違点は、第３の実施形態の無線充電モジュールが第２の放熱層２３をさらに備える点である。第２の放熱層２３は、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に配置される。第２の放熱層２３の材料および機能的効果は、第１の放熱層１５の材料および機能的効果と同様であるため、ここではその説明を省略する。また、本実施形態と第２の実施形態との相違点は、本実施形態では第２の接着部材２１が省略されており、磁気シールド部１１に直接接触する第２の放熱層２３によって、磁気シールド部１１の熱がより効果的に放出される点である。

図５と共に、本発明による無線充電モジュールの第３の実施形態の製造フローチャートである図６を参照されたい。図に示すように、本実施形態において、ステップＳ１およびＳ３は、上述したステップと同様のものである。ステップＳ３が実施された後に、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に第２の放熱層１９を形成するように、第３の実施形態のステップＳ３３がさらに実施される。ここで、第２の放熱層２３は、吹き付け、コーティングまたは物理気相成長法によって、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に配置される。一部の実施形態において、第２の放熱層２３は、蒸着またはスパッタリングによって、コイル１３から離れた位置で磁気シールド部１１の表面上に配置される。

本発明による無線充電モジュールの第４の実施形態の模式図である図７を参照されたい。図に示すように、本実施形態と第１の実施形態との相違点は、第４の実施形態の第１の接着部材１７が熱伝導フィルム１７３または放熱ペーストである点である。本実施形態において、放熱ペーストは、湿気硬化型熱シリコーンのような熱硬化性反応性の放熱ペースト材料から形成され、上記熱伝導フィルム１７３は、放熱ペーストと同様の効果を有する。したがって、本実施形態において、熱伝導フィルム１７３を一例として説明する。磁気シールド部１１は、熱伝導フィルム１７３によって、コイル１３に接合される。第１の接着部材１７は、コイル１３の非平面の隙間に塗布して磁気シールド部１１とコイル１３と第１の接着部材１７との間の隙間を小さくすることができる非個体材料である。言い換えると、第１の接着部材１７によって隙間を埋めることができる。これにより、磁気シールド部１１とコイル１３との間に隙間が存在しなくなり、磁気シールド部１１とコイル１３と第１の接着部材１７との間の熱伝導率を低下させる低い熱伝導率を有する空気が隙間を埋めることを防止することで、優れた熱伝導率を有する界面を形成することができ、界面の熱抵抗を低減することができる。さらに、熱硬化性反応性の放熱ペーストは、高い接着性、高温および低温への高い耐性、ならびに優れた信頼性を有する。また、第１の接着部材１７は、磁気シールド部１１とコイル１３との間の構造的な接続部を補強するだけでなく、磁気シールド部１１とコイル１３との間で優れた熱的界面を形成する。ここで、磁気シールド部１１とコイル１３との間に配置された熱伝導フィルム１７３は、放熱に利用されて、コイル１３の平均温度を約８％低下させることができる。本実施形態において、コイル１３の一方の表面には第１の放熱層１５が設けられ、他方の表面には第２の放熱層１９が設けられる。２つの放熱層によるコイル１３の放熱は、１４．７％の温度低下を実現することができるという利点を有する。これにより、コイル１３の平均温度は、２℃～４℃大幅に低下する。

本発明による無線充電モジュールの第５の実施形態の模式図である図８を参照されたい。図に示すように、本実施形態と第２の実施形態との相違点は、本実施形態の第１の接着部材１７が第４の実施形態のそれと同様の効果を有する熱伝導フィルム１７３である点である。これは、コイル１３の放熱に有利である。したがって、ここでは本実施形態の詳細な説明を省略する。本実施形態の放熱効果は、第２の実施形態の放熱効果を上回る。

本発明による無線充電モジュールの第６の実施形態の模式図である図９を参照されたい。図に示すように、本実施形態と第５の実施形態との相違点は、本実施形態の第２の接着部材２１が第４の実施形態のそれと同様の効果を有する熱伝導フィルム２１３または放熱ペーストである点である。したがって、ここでは本実施形態の詳細な説明を省略する。熱伝導フィルム２１３は、磁気シールド部１１と第２の放熱層１９との接続および放熱を容易にする。本実施形態の放熱効果は、第５の実施形態の放熱効果を上回る。

本発明による無線充電モジュールの第７の実施形態の模式図である図１０を参照されたい。図に示すように、本実施形態と第３の実施形態との相違点は、本実施形態の第１の接着部材１７が第４の実施形態のそれと同様の効果を有する熱伝導フィルム１７３である点である。これは、コイル１３の放熱に有利である。したがって、ここでは本実施形態の詳細な説明を省略する。本実施形態の放熱効果は、第３の実施形態の放熱効果を上回る。

本発明は、別の電子デバイスの別の無線充電モジュール１を用いた充電の機能のために無線充電モジュール１が配置された電子デバイスをさらに提供する。充電を実施するために、別の電子デバイスの無線充電モジュール１は、誘導結合を介して、電子デバイスの無線充電モジュール１にエネルギーを供給する。

まとめると、本発明は、無線充電モジュールおよびその製造方法に関する。無線充電モジュールの熱伝導および放熱は、コイルの表面に貼り付けられた第１の放熱層によって直接行われる。第１の放熱層は、コイルに効果的な放熱性を提供することができる。磁気シールド部とコイルとの間の第１の接着部材は、コイル上に磁気シールド部を固定するだけでなく、磁気シールド部とコイルとの間に優れた熱的界面を形成する熱伝導フィルムである。これにより、第１の放熱層によってコイルの一方の側から熱を放出することができ、第１の接着部材および磁気シールド部によってコイルの他方の側から熱を放出することができるため、無線充電モジュールの放熱性を効果的に向上させることができる。本発明による無線充電モジュールは、コイルから離れた位置で磁気シールド部の表面上に配置された第２の放熱層をさらに備える。第２の放熱層は、磁気シールド部の放熱効率を向上させることができる。

なお、「備える（comprises、comprising）」という用語およびその他の任意の活用形は、一連の要素を含むプロセス、方法、品物または装置が、それらの要素だけでなく、明示的に列挙されていない他の要素や、そのプロセス、方法、品物または装置に本来備わっている要素を含むように、非網羅的な包含を扱うことが意図される。「備える（comprising a ...）」という用語によって定義される要素は、その要素を含むプロセス、方法、品物または装置に存在する同じ要素の存在を排除しない。

以上、好適な実施形態に関して本発明を説明したが、これは、本発明を限定することを意図していない。本発明の趣旨を逸脱することなく、本出願に具体的に記載した実施形態以外に、例示的な実施形態の他の変形例を実施することができることは、本発明に関心がある当業者には明らかであろう。したがって、このような変形例も、添付の特許請求の範囲のみによって限定される本発明の範囲を逸脱しないとみなされる。

Claims (15)

1. 無線充電モジュールであって、
   磁気シールド部と、
   前記磁気シールド部上に配置されたコイルと、
   前記磁気シールド部から離れた位置で前記コイルの表面上に配置された第１の放熱層と、
   を備え、
   前記第１の放熱層は、蒸着層、スパッタリング層、吹き付け層、コーティング層または物理気相成長層である無線充電モジュール。
2. 前記コイルは、第１の接着部材によって、前記磁気シールド部に接合される、
   請求項１に記載の無線充電モジュール。
3. 前記第１の接着部材は、両面テープ、熱伝導フィルムまたは放熱ペーストである、
   請求項２に記載の無線充電モジュール。
4. 前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に配置された第２の放熱層をさらに備える、
   請求項１に記載の無線充電モジュール。
5. 前記第２の放熱層は、第２の接着部材によって、前記磁気シールド部に接合される、
   請求項４に記載の無線充電モジュール。
6. 前記第２の接着部材は、両面テープ、熱伝導フィルムまたは放熱ペーストである、
   請求項５に記載の無線充電モジュール。
7. 前記第１の放熱層および前記第２の放熱層の厚さは、５ｕｍ～２０ｕｍの範囲である、請求項４に記載の無線充電モジュール。
8. 前記第１の放熱層および前記第２の放熱層の熱伝導率係数は、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ～２０００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲である、
   請求項４に記載の無線充電モジュール。
9. 前記第１の放熱層および前記第２の放熱層の放射係数は、０．９０～０．９５の範囲である、
   請求項４に記載の無線充電モジュール。
10. 請求項１に記載の無線充電モジュールの製造方法であって、
    コイルの表面上に第１の放熱層を形成するステップと、
    前記第１の放熱層から離れた位置で前記コイルの表面に磁気シールド部を固定するステップと、を含み、
    前記コイルの表面上に前記第１の放熱層を形成するステップは、蒸着、スパッタリング、吹き付け、コーティングまたは物理気相成長法によって、前記コイルの表面上に前記第１の放熱層を形成するステップを含む、製造方法。
11. 前記第１の放熱層から離れた位置で前記コイルの表面に前記磁気シールド部を固定するステップは、
    前記第１の放熱層から離れた位置で前記コイルの表面上に第１の接着部材を形成するステップと、
    前記第１の接着部材に前記磁気シールド部を貼り付けるステップと、を含む、
    請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記第１の放熱層から離れた位置で前記コイルの表面に前記磁気シールド部を固定するステップの後に、
    前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に第２の放熱層を形成するステップをさらに含む、
    請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に前記第２の放熱層を形成するステップは、第２の接着部材によって、前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に前記第２の放熱層を配置するステップを含む、
    請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に前記第２の放熱層を形成するステップは、吹き付け、コーティングまたは物理気相成長法によって、前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に前記第２の放熱層を形成するステップを含む、
    請求項１２に記載の製造方法。
15. 前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に前記第２の放熱層を形成するステップは、蒸着またはスパッタリングによって、前記コイルから離れた位置で前記磁気シールド部の表面上に前記第２の放熱層を形成するステップを含む、
    請求項１２に記載の製造方法。

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