CN105340131A - 接收天线和包括该接收天线的无线电力接收设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方式的用于无线充电的无线电力接收设备的接收天线，包括：基底；堆叠在基底上的柔性磁层；以及接收线圈，其接收从无线电力发送设备辐射的电磁能，并且平行于软磁层的平面绕制且形成于柔性磁层的内部，其中，在柔性磁层与接收线圈之间形成有绝缘层。

Description

接收天线和包括该接收天线的无线电力接收设备
技术领域
本发明涉及无线充电，以及更具体地涉及用于无线充电的接收天线和包括该接收天线的无线电力接收设备。
背景技术
根据无线通信技术的发展，对于向电子设备无线地提供电力的无线电力收发技术的兴趣正在增加。无线电力收发技术可以多样化地应用于家用电子产品和电动汽车或地铁列车的供电，以及便携式终端的电池充电。
一般的无线电力收发技术使用磁感应或磁共振原理。例如，在将电能施加于无线电力发送设备的发送天线时，发送天线可以将电能转换成电磁能并且向周围发射电磁能。以及，无线电力接收设备的接收天线可以接收从发送天线发射的电磁能并且将其转换成电能。
在该情况下，有必要使无线电力发送设备与无线电力接收设备之间的能量损失最小化以提高电力收发效率。为此，发送天线和接收天线可能需要互相布置在有效距离内。此外，可以将软磁材料布置在发送天线和接收天线的周围以使聚焦从发送天线朝向接收天线发射的电磁能。
为此，在软磁层上形成接收线圈。在该情况下，在接收线圈与软磁层之间形成空气层，并且因此会存在软磁层的磁场的导向效果减小的问题。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供能够提高无线电力接收设备的无线电力接收效率的接收天线的结构。
技术方案
根据本发明的一种实施方式，一种无线充电的无线电力接收设备的接收天线包括：基底；软磁层，该软磁层堆叠在基底上；以及接收线圈，该接收线圈平行于软磁层的平面绕制并且形成于软磁层的内部。在软磁层与接收线圈之间形成有绝缘层。
接收线圈还可以包括形成于软磁层与绝缘层之间的第一粘合层以及形成于绝缘层与接收线圈之间的第二粘合层。
绝缘层可以包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料。
软磁层可以包括多个堆叠片，多个堆叠片包括软磁金属粉末和聚合物树脂。
软磁层可以包括凹槽部分。
接收天线还可以包括堆叠在接收线圈上的支持装置。
根据本发明的另一种实施方式，一种制作接收天线的方法包括：堆叠包括软磁金属粉末和聚合物树脂的多个片；在多个片的上平面上形成绝缘层；在绝缘层上布置接收线圈；以及紧压多个片、绝缘层和接收线圈，以将接收线圈形成于多个片的内部。
根据本发明的又一种实施方式，一种无线充电的无线电力接收设备包括：基底；软磁层，该软磁层堆叠在基底上；接收线圈，该接收线圈平行于软磁层的平面绕制并且形成于软磁层的内部；电路单元，该电路单元连接至接收线圈并且将电磁能转换成电能；以及存储单元，用于存储电能。在软磁层与接收线圈之间形成有绝缘层。
有益效果
根据本发明的实施方式，可以提高无线电力接收设备中的接收天线的电磁能聚焦的性能，从而可以使无线电力收发效率最大化。具体地，移除了接收线圈与软磁层之间的空气层，从而软磁层的磁场的导向效果变高，并且可以通过减小接收天线的厚度以及减小发送天线与接收天线之间的距离来获得提高的电力发送效率。
相应地，即使用薄的厚度也可以获得所需标准的电磁能聚焦效果，以及因此本发明可以应用于薄化趋势的各种电子设备比如电视机(TV)、便携式终端、笔记本和平板电脑等。
此外，根据本发明的实施方式的无线电力接收设备具有极佳的电磁能聚焦性能并且可以使用便宜的材料，因此可以应用于大的应用领域比如电动汽车和地铁列车等。
此外，降低了软磁层与接收线圈之间的电短路的概率，因此可以提高接收天线的可靠性。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的无线电力收发器***的框图。
图2是示出无线电力发送设备的一部分的图，以及图3是示出无线电力接收设备的一部分的图。
图4是示出软磁层和接收线圈的横截面图。
图5是示出根据本发明的实施方式的软磁层和接收线圈的横截面图。
图6是示出根据本发明的实施方式的粘合层的横截面图。
图7是示出根据本发明的实施方式的将接收线圈嵌入软磁层中的方法的流程图。
图8是示出将接收线圈布置在多个片的上平面上并且在高温下紧压多个片之后紧压接收线圈的示例的横截面图。
图9是示出根据比较示例和本发明的示例的软磁层和接收线圈的横截面图，以及图10是示出根据比较示例和本发明的示例的发送效率的测量结果的曲线图。
具体实施方式
虽然本发明的构思能容许各种修改和替选形式，但是其具体实施方式通过附图中的示例示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，并不意在将本发明构思限于所公开的具体形式，而是相反地，本发明构思意在覆盖落在本发明构思的精神和范围内的所有修改、等价物和替选方案。
应该理解，虽然术语“第一”和“第二”等在本文中可以用于描述各种部件，但是这些部件不应被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个部件与其他部件相区分。因而，在不偏离本发明构思的教导的情况下，可以将以下所讨论的第一部件称为第二部件并且可以将以下所讨论的第二部件称为第一部件。“和/或”包括所提及的项目中的一个或更多个项目中的每一个以及所有组合。
应该理解，当元件被提及为“连接”或“耦接”至其他元件时，该元件可以直接连接或耦接至其他元件或者可以存在介于中间的元件。与此相反，当元件被提及为“直接连接”或“直接耦接”至其他元件时，则不存在任何介于中间的元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以同样的方式进行解释(即，“在……之间”相对于“直接在……之间”，“相邻”相对于“直接相邻”，等等)。
本文中用于描述本发明构思的实施方式的术语不意在限制本发明构思的范围。除非上下文另外清楚指出，否则本发明构思的以单数提及的元件可以计有一个或更多个。还应理解，在本文中使用术语“包括”和“具有”等时，术语“包括”和“具有”等指定所述特征、数目、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、数目、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。
除非另外限定，否则本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)要按照该发明构思所属的技术领域中惯常的方式进行解释。除非本文清楚地限定，否则还应理解，常用的术语同样应当按照相关技术领域中惯常的方式进行解释而不应以理想化或过度的形式意义进行解释。
在下文中，将参照附图来描述示例实施方式，不管附图符号如何将给予相同或相对应的元件相同的附图标记，并且将省略重叠的描述。
图1为示出根据本发明的实施方式的无线电力收发器***的框图。
参照图1，无线电力收发器***可以包括无线电力发送设备100和无线电力接收设备200。连接至电源的无线电力发送设备100将电能施加于发送天线，以及发送天线将电能转换成电磁能并且向周围发射电磁能。无线电力接收设备200使用接收天线来接收从发送天线发射的电磁能，将电磁能转换成电能，并且执行充电。
在此，无线电力发送设备100例如可以为发送垫(pad)。此外，无线电力接收设备200可以是应用了无线电力收发技术的便携式终端、家用/个人电子产品、运输装置等的结构的一部分。应用了无线电力收发技术的便携式终端、家用/个人电子产品、运输装置等可以被设置成仅包括无线电力接收设备200或者被设置成包括无线电力发送设备100和无线电力接收设备200二者。
在此，无线电力发送设备100可以使用电磁感应方法或共振方法来发送电力。类似地，无线电力接收设备200可以使用电磁感应方法或共振方法来接收电力。
同时，无线电力接收设备200可以包括同时具有无线电力转换(WPC)功能和近场通信(NFC)功能的模块。在此，无线电力接收设备200可以执行与包括NFC模块的外部设备300的NFC。
图2是示出无线电力发送设备的一部分的图，以及图3是示出无线电力接收设备的一部分的图。
参照图2，无线电力发送设备100可以包括发送电路(未示出)、软磁芯110、发送天线120和永磁体130。
软磁芯110可以包括具有数毫米厚度的软磁材料。此外，发送天线120包括发送线圈，并且发送天线120可以环绕永磁体130。在此，永磁体130不是必需元件而是可以根据规范被省略。
参照图3，无线电力接收设备200可以包括接收电路(未示出)、软磁层210和接收线圈220。软磁层210可以形成于基底(未示出)上。基底可以包括许多层固定片，并且可以连接至软磁层210以对软磁层210进行固定。
软磁层210对从无线电力发送设备100的发送天线120发射的电磁能进行聚焦。
软磁层210可以包括金属材料或铁氧体材料，并且可以以小球、板、带、箔和膜等各种形式实现。在示例实施方式中，软磁层210可以为以下的形式：在该形式中，堆叠包括具有软磁性的单一金属或合金粉末(在下文中被称为软磁金属粉末)和聚合物树脂的多个片。在另一示例实施方式中，软磁层210可以为包括铁、钴和镍中的至少一种的合金带、堆叠带、箔或膜。在又一示例实施方式中，软磁层210可以为包括90重量％或更多的FeSiCr薄片以及10重量％或更少的聚合物树脂的合成物。在又一示例实施方式中，软磁层210可以是包括镍锌(Ni-Zn)铁氧体的片、带、箔或膜。
接收线圈220可以堆叠于软磁层210上。接收线圈220可以在平行于软磁层210的平面的方向上绕制在软磁层210上。例如，应用于智能电话的接收天线可以具有螺旋线圈的形式，其中，螺旋线圈具有至多50mm的外直径以及20mm或更大的内直径。接收电路将通过接收线圈220接收的电磁能转换成电能，并且用所转换的电能对电池(未示出)进行充电。
虽然未示出，但是在软磁层210与接收线圈220之间还可以包括散热层。在本说明书中，可以将软磁层210和接收线圈220一起称为接收天线。
当无线电力接收设备200同时具有WPC功能和NFC功能时，还可以在软磁层210上堆叠NFC线圈230。NFC线圈230可以被形成以围绕接收线圈220的外部。
此外，接收线圈220和NFC线圈230可以通过端子240彼此电连接。
图4为示出软磁层和接收线圈的横截面图。
参照图4，在软磁层400上形成粘合层410，在粘合层410上形成接收线圈420，以及在接收线圈420上形成支持膜430。支持膜430支持接收线圈420并且可以包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料。
如上所述，当通过粘合层410使软磁层400和接收线圈420相接合时，形成空气层A，并且软磁层400的磁场的导向效果会被减小。
根据本发明的实施方式，移除无线电力接收设备的接收天线中的空气层并且提高电力发送效率。
图5为示出根据本发明的实施方式的软磁层和接收线圈的横截面图。
参照图5，在软磁层500上形成粘合层510，在粘合层510上形成接收线圈520，以及在接收线圈520上形成支持装置530。支持装置530支持接收线圈520，可以包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料，并且可以具有膜的形式。在此，接收线圈520可以形成于软磁层500的内部。例如，接收线圈520可以嵌入在软磁层500的上表面中。相应地，移除了在接收线圈520与软磁层500之间形成的空气层并且可以提高电力发送效率。
为此，软磁层500包括用于将接收线圈520容纳在软磁层500的内部的凹槽部分，并且可以使用粘合层510来将接收线圈520接合在凹槽部分中。
此外，在将接收线圈520布置在软磁层500的上表面上之后，可以通过紧压软磁层500和接收线圈520来使接收线圈520嵌入软磁层500的内部。为了便于接收线圈520的紧压和嵌入，软磁层500可以包括以下的片：该片包括软磁金属粉末和聚合物树脂。以下将描述具体方法。
同时，粘合层510可以具有包括绝缘层的双面结构。
图6为示出根据本发明的实施方式的粘合层的横截面图。
参照图6，粘合层510可以包括第一粘合层512、形成在第一粘合层512上的绝缘层514以及形成在绝缘层514上的第二粘合层516。
在此，绝缘层514可以包括例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料。因此，即使当第一粘合层512或第二粘合层516在将接收线圈520形成于或嵌入软磁层500的内部的处理中损坏时，仍可以防止软磁层500中的金属与接收线圈520之间的电短路。
图7为示出根据本发明的实施方式的将接收线圈嵌入软磁层中的方法的流程图。在此，假设软磁层包括以下的片：该片包括软磁金属粉末和聚合物树脂。
参照图7，制作包括软磁金属粉末和聚合物树脂的片(S700)。为此，可以通过对包括有溶剂、软磁金属粉末和聚合物树脂的墨执行薄膜铸塑来制作具有薄的形式的片。在此，软磁金属粉末可以包括例如铁硅基(Fe-silicon-based)合金。此外，聚合物树脂可以包括例如基于橡胶的聚合物树脂、基于环氧树脂的聚合物树脂以及基于硅的聚合物树脂中的至少一种。
接着，在堆叠多个片(S710)之后，然后在多个片的上表面上形成粘合层(S720)，将接收线圈布置在粘合层上(S730)，以及在高温下同时紧压多个片、粘合层和接收线圈(S740)。在此，可以在80℃至250℃的温度下并且在100kgf/cm2至300kgf/cm2的压力下执行紧压处理达一至四个小时。优选地，可以在150℃至200℃的温度下并且在150kgf/cm2至250kgf/cm2的压力下执行紧压处理达两至三个小时。
如上所述，在同时紧压多个片和接收线圈时，由于片中所包括的聚合物树脂的流动性，在片与接收线圈之间的边界表面上形成凹槽部分，并且聚合物树脂渗入接收线圈之间的空间中且未形成空气层。因此，可以防止由于接收线圈与软磁层之间的空气层而引起的磁场的导向效果减小的问题。
相反，当未同时紧压多个片和接收线圈而是首先在高温下紧压多个片并且然后将接收线圈布置在片的上表面上并且再次进行紧压时，则会如图8所示由于机械压力差异而在软磁层的后表面502处形成凹凸结构。这会引起磁场的导向效果的减小。
此外，在高温下紧压的处理中在片与接收线圈之间的边界表面上形成的凹槽部分被热硬化，因此稳定实现是可能的。
此外，片中所包括的聚合物树脂通过高温下的紧压变成具有高的热稳定性的绝缘材料，因此聚合物树脂可以执行在软磁金属粉末之间所需的绝缘功能，并且即使在恶劣环境下也可以防止软磁金属粉末的腐蚀。
此外，如上所述，当粘合层被形成以具有包括绝缘层的双面结构时，即使当粘合层的一部分在高温下紧压多个片和接收线圈的处理中被剥落时，仍可以防止电短路。
在下文中，对基于接收线圈的布置和嵌入情况的发送效率的测试结果进行描述。
图9为示出根据比较示例和本发明的示例的软磁层和接收线圈的横截面图，以及图10为示出根据比较示例和本发明的示例的发送效率的测量结果的曲线图。
参照图9A的比较示例，将具有0.03mm厚度的粘合片910布置在具有4mm厚度的磁片900上，将具有0.13mm厚度的接收线圈920布置在粘合片910上，以及将具有0.03mm厚度的聚酰亚胺(PI)膜930布置在接收线圈920上。
参照图9B的示例1，顺序堆叠具有4mm厚度的磁片900、具有0.03mm厚度的粘合片910、具有0.13mm厚度的接收线圈920以及具有0.03mm厚度的PI膜930，并且将接收线圈920嵌入磁片900中。如图9B的示例1所示，为了将接收线圈920嵌入磁片900中，顺序堆叠一片1.2mm厚(1.2mmT)的铝二重箔(aluminumduo-foil)、一片下盖(FR-25DM)、图9A的比较示例的结构、一片上盖(FR-250M)、一片1.2mm厚的铝箔、两片520mm*360mm及1.2mm厚(对于高温)的PVC、两片530mm*420mm的牛皮纸以及一片1.2mm厚的铝二重箔，并且然后根据图11的条件来执行热处理和紧压。
参照图9C的示例2，顺序堆叠具有4.3mm厚度的磁片900、具有0.03mm厚度的粘合片910、具有0.13mm厚度的接收线圈920以及具有0.03mm厚度的PI膜930，并且将接收线圈920嵌入磁片900中。
参照图9D的示例3，顺序堆叠具有4mm厚度的磁片900、具有0.03mm厚度的粘合片910、具有0.16mm厚度的接收线圈920以及具有0.03mm厚度的PI膜930，并且将接收线圈920嵌入磁片900中。
图9B具有0.56mm的厚度并且比具有0.59mm厚度的图9A薄。图9C的横截面和图9D的横截面中的每一个均为0.59mm并且以与图9A相同的厚度进行制作。
参照将比较示例和示例1的发送效率进行比较的图10A，与比较示例相比，根据示例1的示出高效率(最大％)的部分较宽。相应地，可以注意到示例1的发送效率比比较示例的发送效率高。
参照将比较示例和示例2的发送效率进行比较的图10B，示例2的发送效率与比较示例的发送效率类似。然而，在示例2中，磁片较厚并且因此磁屏蔽效果会增大。
参照将比较率和示例3的发送效率进行比较的图10C，可以注意到示例3的发送效率与比较率的发送效率相比极佳。特别地，在示例3中，随着驱动功率变得较高，发送效率的下降现象变小。
本书面描述阐述了本发明的最佳模式。本领域的技术人员将理解，在不偏离本发明的范围并且不改变本质特征的情况下可以进行各种修改。

Claims (13)

1.一种无线充电的无线电力接收设备的接收天线，包括：
基底；
软磁层，所述软磁层堆叠在所述基底上；
接收线圈，所述接收线圈平行于所述软磁层的平面绕制并且形成于所述软磁层的内部；以及
绝缘层，所述绝缘层形成在所述软磁层与所述接收线圈之间。
2.根据权利要求1所述的接收天线，还包括：
第一粘合层，所述第一粘合层形成在所述软磁层与所述绝缘层之间；以及
第二粘合层，所述第二粘合层形成在所述绝缘层与所述接收线圈之间。
3.根据权利要求1所述的接收天线，其中，所述绝缘层包括聚对苯二甲酸乙二酯PET材料。
4.根据权利要求1所述的接收天线，其中，所述软磁层包括多个堆叠片，所述多个堆叠片包括软磁金属粉末和聚合物树脂。
5.根据权利要求1所述的接收天线，其中，所述软磁层包括凹槽部分。
6.根据权利要求5所述的接收天线，其中，所述接收线圈容纳在所述凹槽部分中。
7.根据权利要求1所述的接收天线，还包括堆叠在所述接收线圈上的支持装置。
8.根据权利要求1所述的接收天线，其中，所述接收线圈嵌入所述软磁层的一个表面中。
9.一种制作接收天线的方法，所述方法包括：
堆叠多个包括软磁金属粉末和聚合物树脂的片；
在所述多个片的上平面上形成绝缘层；
在所述绝缘层上布置接收线圈；以及
紧压所述多个片、所述绝缘层和所述接收线圈，以将所述接收线圈形成于所述多个片的内部。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述软磁金属粉末包括铁硅基合金，以及所述聚合物树脂包括基于橡胶的聚合物树脂、基于环氧树脂的聚合物树脂和基于硅的聚合物树脂中的至少一种。
11.一种无线充电的无线电力接收设备的接收天线，所述接收天线包括：
基底；
软磁层，所述软磁层堆叠在所述基底上；
接收线圈，所述接收线圈平行于所述软磁层的平面绕制并且形成于所述软磁层的内部；以及
粘合层，所述粘合层形成在所述软磁层与所述接收线圈之间。
12.根据权利要求11所述的接收天线，其中，所述粘合层包括形成在所述软磁层上的第一粘合层、形成在所述第一粘合层上的绝缘层以及形成在所述绝缘层上的第二粘合层。
13.一种无线充电的无线电力接收设备，包括：
基底；
软磁层，所述软磁层堆叠在所述基底上；
接收线圈，所述接收线圈平行于所述软磁层的平面绕制并且形成于所述软磁层的内部；
绝缘层，所述绝缘层形成在所述软磁层与所述接收线圈之间；
电路单元，所述电路单元连接至所述接收线圈并且被配置成将电磁能转换成电能；以及
存储单元，所述存储单元被配置成存储所述电能。
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