KR20220136242A - 무선 충전 시스템들을 위한 차폐 구조물들 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 설명된 구현예들은 무선 충전을 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다. 일 구현예에서, 휴대용 전자 디바이스는 하우징, 평면 인덕터 코일, 및 강자성 차폐부를 포함한다. 평면 인덕터 코일은 하우징에 배치되고, 중심 지점 주위에 그리고 증가하는 반경들로 복수의 턴들로 감겨진 전도성 와이어를 포함한다. 강자성 차폐부는 하우징에 배치되고, 평면 인덕터 코일과 중첩된다. 강자성 차폐부는 제1 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함하는 제1 층 및 제1 층과 중첩되는 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함하는 제2 층을 포함한다. 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 인접한 행들에 배열된다.

Description

무선 충전 시스템들을 위한 차폐 구조물들{SHIELDING STRUCTURES FOR WIRELESS CHARGING SYSTEMS}
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은, 발명의 명칭이 "SHIELDING STRUCTURES FOR WIRELESS CHARGING SYSTEMS"로 2021년 3월 30일자로 출원된 미국 가출원 제63/167,815호에 대한 우선권을 주장하며, 그 가출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 개시내용의 양태들은 무선 충전을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 차폐 구조물들을 사용하는 무선 충전 시스템들에서의 자속 관리에 관한 것이다.
스마트폰들, 태블릿들, 스마트워치들, 및 퍼스널 컴퓨터들과 같은 많은 휴대용 전자 디바이스들은 배터리로 전력공급된다. 이러한 휴대용 전자 디바이스들은 배터리를 재충전하기 위한 무선 충전 회로부들을 포함할 수 있으며, 이들은 충전 코드(charging cord) 없이 배터리 재충전들을 허용한다. 그러나, 무선 충전 시스템들은 충전 동안 에너지 손실을 경험하여, 그에 의해, 충전 효율을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 설명되고 청구된 구현예들은 무선 충전을 위한 시스템들 및 방법들을 제공함으로써 전술한 것을 다룬다. 일 구현예에서, 휴대용 전자 디바이스는 하우징, 평면 인덕터 코일, 및 강자성 차폐부를 포함한다. 평면 인덕터 코일은 하우징에 배치되고, 중심 지점 주위에 그리고 증가하는 반경들로 복수의 턴(turn)들로 감겨진 전도성 와이어를 포함한다. 강자성 차폐부는 하우징에 배치되고, 평면 인덕터 코일과 중첩된다. 강자성 차폐부는 제1 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 철계 나노결정질 리본(iron-based nanocrystalline ribbon)들을 포함하는 제1 층 및 제1 층과 중첩되는 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함하는 제2 층을 포함한다. 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 인접한 행들에 배열된다.
다른 구현예에서, 휴대용 전자 디바이스는 하우징, 평면 인덕터 코일, 및 강자성 차폐부를 포함한다. 평면 인덕터 코일은 하우징에 배치되고, 중심 지점 주위에 그리고 증가하는 반경들로 복수의 턴들로 감겨진 전도성 와이어를 포함한다. 강자성 차폐부는 하우징에 배치되고, 평면 인덕터 코일과 중첩된다. 강자성 차폐부는 기판, 및 철계 나노결정질 재료들을 포함하는 복수의 와이어들을 포함한다. 복수의 와이어들은 기판 상에 배치된다. 복수의 와이어들 각각은 2차원 방사상 패턴을 정의하기 위해 기판의 공통 구역으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장된다.
다른 구현예에서, 자기 컴포넌트는 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 제1 층은 제1 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함한다. 제2 층은 제1 층과 중첩되는 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함한다. 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 인접한 행들에 배열된다.
다른 구현예에서, 자기 컴포넌트는 기판 및 복수의 와이어들을 포함한다. 복수의 와이어들은 철계 나노결정질 재료를 포함한다. 복수의 와이어들은 기판 상에 배치된다. 복수의 와이어들 각각은 2차원 방사상 패턴을 정의하기 위해 기판의 공통 구역으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장된다.
다른 구현예들이 또한 본 명세서에서 설명되고 열거된다. 추가로, 다수의 구현예들이 개시되어 있지만, 현재 개시된 기술의 또 다른 구현예들이 현재 개시된 기술의 예시적인 구현예들을 도시하고 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 명백해질 것이다. 실현될 바와 같이, 현재 개시된 기술에서는 다양한 양태들에서의 수정들이 가능하며, 수정들 모두는 현재 개시된 기술의 사상 및 범주를 벗어나지 않는다. 따라서, 도면들 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 성질상 예시적인 것이며 제한하는 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다.
도 1은 예시적인 강자성 차폐부를 포함하는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 분해도를 예시한다.
도 2는 예시적인 라미네이팅된 나노결정질 스택을 포함하는 강자성 차폐부의 측면도를 예시한다.
도 3a는 라미네이팅된 나노결정질 스택의 예시적인 제1 나노결정질 층의 평면도를 예시한다.
도 3b는 라미네이팅된 나노결정질 스택의 예시적인 제2 나노결정질 층의 평면도를 예시한다.
도 3c는 제1 나노결정질 층의 예시적인 나노결정질 리본의 평면도를 예시한다.
도 4는 나노와이어들을 포함하는 다른 예시적인 강자성 차폐부를 도시한다.
도 5는 예시적인 2차원 방사상 패턴으로 배열된 나노와이어들을 도시한다.
도 6은 현재 개시된 기술에 따른 테스트 코일의 단일 측 상에 배치된 자기 재료에 대한, 10 ㎑ 내지 3 ㎒의 범위의 인덕턴스 대 주파수의 플롯을 도시한다.
도 7은 현재 개시된 기술에 따른 테스트 코일의 단일 측 상에 배치된 자기 재료에 대한, 10 ㎑ 내지 3 ㎒의 범위의 손실 인자(Q) 대 주파수의 플롯을 도시한다.
도 8은 현재 개시된 기술에 따른 테스트 코일의 양측 상에 배치된 자기 재료에 대한, 10 ㎑ 내지 3 ㎒의 범위의 인덕턴스 대 주파수의 플롯을 도시한다.
도 9는 현재 개시된 기술에 따른 테스트 코일의 양측 상에 배치된 자기 재료에 대한, 10 ㎑ 내지 3 ㎒의 범위의 손실 인자(Q) 대 주파수의 플롯을 도시한다.
현재 개시된 기술의 양태들은 무선 충전 시스템들에서 자속을 관리하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 배터리로 전력공급되는 휴대용 전자 디바이스들은 유선 충전에 대한 대안으로 또는 그에 부가하여 무선 충전을 지원할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스는 무선 충전 디바이스의 충전 표면 상에 위치될 때 무선으로 충전될 수 있다. 충전 표면 아래에 배치된 송신기 코일은 휴대용 전자 디바이스의 무선 전력 수신기 내의 대응하는 수신 코일에서 전류를 유도하는 자속을 생성한다. 무선 전력 수신기는 유도된 전류를 정류하고, 결과적인 전력을 배터리 충전 및/또는 다른 디바이스 동작들을 향해 인가한다. 현재 개시된 기술은 무선 충전 동안 에너지 손실을 완화시킨다.
일 양태에서, 자기 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스의 무선 충전 동안 자속을 관리하는 하나 이상의 나노결정질 차폐 구조물들을 포함한다. 자기 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스의 하우징에 배치될 수 있다. 휴대용 전자 디바이스는 나노결정질 차폐 구조물과 중첩되는 인덕터 코일을 포함한다. 인덕터 코일은 하우징에 배치될 수 있고, 인덕터 코일이 실질적으로 평면이 되도록 중심 지점 주위에 그리고 증가하는 반경들로 복수의 턴들로 감겨진 전도성 와이어를 포함한다. 나노결정질 차폐 구조물은 적어도 부분적으로, 낮은 와전류 손실을 갖는 높은 동작 주파수 범위에서 강자성 차폐부를 형성할 수 있다. 나노결정질 차폐 구조물은 철계 나노결정질 재료들을 사용하여 형성될 수 있다.
나노결정질 차폐 구조물은 복수의 나노결정질 리본들로부터 각각 형성된 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 나노결정질 리본들 각각은 복수의 입자들을 포함한다. 나노결정질 리본들은 인접한 입자들 사이에 그리고/또는 나노결정질 리본들 사이에 에어 갭들이 형성되어 있는 균열된(cracked) 나노결정질 재료를 포함할 수 있다. 에어 갭들 및 복수의 입자들의 존재는 감소된 와전류 손실 및 투자율로 무선 충전 동안 자속을 관리한다.
나노결정질 차폐 구조물은 기판 상에 하나 이상의 2차원 방사상 패턴들로 배열된 복수의 와이어들을 포함할 수 있다. 2차원 방사상 패턴들 각각은 기판의 공통 구역으로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수의 와이어들에 의해 정의될 수 있다. 나노결정질 와이어들은 기판에 평행한 평면에서 높은 평면내 투자율을 제공하고, 기판에 수직인 방향에서 낮은 평면-통과 투자율을 제공한다. 나노결정질 와이어들은 와전류 손실 없이 무선 충전 동안 자속을 관리한다.
예시적인 휴대용 전자 디바이스(100)의 상세한 설명을 시작하기 위해, 도 1을 참조한다. 휴대용 전자 디바이스(100)는 배터리와 같은 재충전가능 전원을 포함하는 전자 디바이스이다. 휴대용 전자 디바이스(100)는 사용자를 위한 다양한 기능들을 수행하도록 특수하게 설계될 수 있다. 일 구현예에서, 휴대용 전자 디바이스(100)는 스마트폰, 태블릿, 랩톱, 스마트워치 등과 같은 소비자 전자 디바이스이다.
휴대용 전자 디바이스(100)는 동작하기 위해 전원을 이용하는 전기 컴포넌트들을 포함한다. 휴대용 전자 디바이스(100)의 전원은 휴대용 전자 디바이스(100)의 전기 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위해 저장된 에너지를 방전하기 위한 배터리를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 전기 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위해 방전된 에너지를 보충하기 위해, 휴대용 전자 디바이스(100) 디바이스는 무선 충전 시스템을 포함한다. 일부 예들에서, 무선 충전 시스템은 전력을 무선으로 수신할 뿐만 아니라 전력을 무선으로 송신하는 양방향 무선 충전 시스템이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자 디바이스(100)는 내부 공동 내의 내부 컴포넌트들을 둘러싸는 하우징을 포함한다. 하우징은 상단 하우징(126) 및 하단 하우징(125)으로 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 내부 컴포넌트들은 무선 전력 모듈(101), 코일(105), 전자기 차폐부(106), 강자성 차폐부(110), 열 차폐부(115), 및 접착 컴포넌트(120)를 포함한다. 무선 전력 모듈(101)은 전자기 차폐부(106)의 주변부 주위에 위치되는 디바이스 검출 코일(108)을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 전자기 차폐부(106)는, 코일(105)에 도달하기 전에 자속이 전자기 차폐부(106)를 통과하도록 코일(105)의 전방에 위치된다. 예를 들어, 자속은 코일(105)이 수신기 코일로서 동작할 때 전자기 차폐부(106)를 통과하고, 자속은 코일(105)이 송신기 코일로서 동작할 때 전자기 차폐부(106)를 향해 지향된다. 예시적인 전자기 차폐부(106)는 코일(105)과 하우징(125) 사이에 위치된다. 일 구현예에서, 전자기 차폐부(106)는 자속에 실질적으로 투명한 차폐 층일 수 있어서, 큰 백분율의 자속이 통과하게 한다. 전자기 차폐부(106)는 또한 전기장에 대해 실질적으로 불투명할 수 있어서, 동작 동안 생성된 전기장이 전자기 차폐부(106)에 의해 실질적으로 차단되게 한다. 전기장들을 차단함으로써 전자기 차폐부(106)에서 생성되는 임의의 전압이 접지로 방전될 수 있다. 전기장들을 차단하는 것은 코일(105) 상의 전압의 축적(buildup)으로부터 생기는 잡음을 완화시킨다. 전자기 차폐부(106)는 전자기장들이 통과하게 하면서 전기장들을 차단하기에 적합한 임의의 재료, 예컨대 은의 얇은 층으로 형성될 수 있다.
열 차폐부(115)는 무선 전력 모듈(101), 배터리, 및 무선 전력 모듈(101)이 통합되어 있는 휴대용 전자 디바이스(100)의 다른 컴포넌트들 사이의 열 격리를 제공하는 열 격리 층(예를 들어, 흑연)을 포함할 수 있다. 열 차폐부(115)는 또한, 접지에 연결되고 열 차폐에 기여하면서 또한 표유 플럭스(stray flux)를 캡처하는 구리 층을 더 포함할 수 있다.
접착 컴포넌트(120)는 무선 전력 모듈(101)을 하우징(125)에 부착한다. 일 구현예에서, 접착 컴포넌트(120)는 접착 재료의 하나 이상의 시트들을 포함한다. 예를 들어, 접착 컴포넌트(120)는 무선 전력 모듈(101)을 하우징(125)에 부착하는 감압 접착제(PSA)와 같은 접착 재료의 단일 시트를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 무선 전력 모듈(101)은 무선 전력 모듈(101)을 수용하도록 크기설정되고 형상화된 절취 영역(cutout area)(130) 내에서 하우징(125)에 부착된다. 따라서, 절취 영역(130)은 내부 공동 내의 공간을 절약하고 휴대용 전자 디바이스(100)의 두께를 최소화할 수 있다. 전자기 차폐부(106) 및 접착 컴포넌트(120)는 코일(105)의 내경에 대응하는 중심 개구를 포함할 수 있다.
코일(105)은 자속과 상호작용하고 그리고/또는 자속을 생성하도록 구성된 하나 이상의 인덕터 코일들을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 코일(105)의 인덕터 코일은 인덕터 코일이 실질적으로 평면이 되도록 중심 지점 주위에 그리고 증가하는 반경들로 복수의 턴들로 감겨진 전도성 와이어를 포함한다. 달리 말하면, 전도성 와이어는 전체 형상이 가요성 기판 상의 패턴화된 와이어의 복수의 턴들로 형성되는 평면 인덕터 코일의 형상이도록 나선형 구성으로 내경으로부터 외경으로 감긴다. 인덕터 코일의 내경에 위치된 종단 단부가 전도성 트레이스에 의해 외경으로 라우팅될 수 있다. 충전 회로부는 코일(105)을 동작시켜 그에 따라 전력을 송신 및/또는 수신하도록 하나의 에지 위치에서 인덕터 코일과 커플링될 수 있다.
도 1의 예에서, 휴대용 전자 디바이스(100)는 코일(105) 제1 측 상에서 강자성 차폐부(110)에 인접하게 배치된 열 차폐부(115), 열 차폐부(115)에 대향하여 배치된 전자기 차폐부(106), 및 코일(105)의 제2 측 상의 강자성 차폐부(110)를 포함한다. 강자성 차폐부(110)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 나노결정질 재료들을 사용하여 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 강자성 차폐부(110)는 코일(105)과 열 차폐부(115) 사이에 위치된다. 강자성 차폐부(110)는 자속을 코일(105)을 향해 지향시키기 위한 자기장 차폐부로서 작용하여, 그에 의해, 충전 효율을 개선시킨다. 이를 행할 시에, 강자성 차폐부(110)는 또한, 자속에 민감한 내부 컴포넌트들을 가질 수 있는 휴대용 전자 디바이스(100)의 비코일 영역들로부터 멀리 표유 자속을 지향시키는 역할을 한다. 예시적인 강자성 차폐부(110)는 하나 이상의 나노결정질 차폐 구조물들을 포함한다.
일 구현예에서, 강자성 차폐부(110)의 나노결정질 차폐 구조물은 하나 이상의 나노결정질 층들을 포함한다. 나노결정질 층들은 중첩 관계로 배치될 수 있다. 각각의 나노결정질 층은 서로에 대해 배열된 복수의 나노결정질 리본들을 포함한다. 예를 들어, 제1 나노결정질 층은 제1 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 나노결정질 리본들을 포함할 수 있고, 제2 나노결정질 층은 제2 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제2 복수의 나노결정질 리본들을 포함할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 제2 방향에 수직일 수 있다.
나노결정질 리본들은 균열된 나노결정질 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노결정질 리본들은 작은 크기(예를 들어, 폭이 약 1 내지 2 μm의 범위)를 갖는 복수의 입자들을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 나노결정질 리본들 내의 그러한 미세 입자들은 균열된 나노결정질 재료를 형성하기 위해 기계적 압력 하에서 나노결정질 재료의 스트립들을 롤링함으로써 형성된다. 이러한 프로세스 동안, 입자들 사이에 에어 갭들이 형성된다. 차폐 구조물에서 인접한 나노결정질 리본들 사이에 에어 갭들이 또한 존재할 수 있다. 나노결정질 리본들의 균열된 나노결정질 재료는 낮은 와전류 손실 및 또한, 감소된 투자율을 갖는다. 더 구체적으로, 높은 동작 주파수들에서의 와전류 손실은 에어 갭들의 존재 및 균열된 나노결정질 재료의 미세 입자들의 형성으로 인해 상당히 감소될 수 있다.
일 구현예에서, 균열된 나노결정질 리본들을 포함하는 나노결정질 층들은 각각, 제1 방향(예를 들어, X-방향 또는 Y-방향과 같은 수평 방향)을 따라 평면에서 신장된 입자들을 갖는 얇은 시트(예를 들어, 14 내지 20 μm의 범위의 두께를 가짐)를 형성한다. 결과적인 강자성 차폐(110) 구조물은 제1 방향에서 높은 평면내 투자율 및 제2 방향(예를 들어, X-Y 평면에 수직인 Z-방향과 같은 수직 방향)에서 낮은 평면-통과 투자율을 갖는다. 나노결정질 재료는 제1 방향에서, 예를 들어, 10,000 H/m 초과의 매우 높은 투자율을 갖는다.
나노결정질 재료는 연질 페라이트 및 유사한 재료들에 비해, 높은 전도성을 포함하는 최적화된 금속 속성들을 제공하는 철계일 수 있다. 철계 나노결정질 재료는 연질 페라이트 재료(예를 들어, 1 Tesla 초과)와 비교하여 높은 자기장(B) 포화도를 갖는다. 따라서, 철계 나노결정질 재료는 직류(DC) 자기장과 같은 투과 자석 환경 하에서 잘 동작한다. 그러나, 나노결정질 재료는 일부 무선 전력 전송 동작 주파수들에서 높은 와전류 손실을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송을 위한 무선 전력 컨소시엄 Qi 표준의 구현기들이 전형적으로 대략 100 ㎑ 내지 120 ㎑에서 동작하며, 이때, 일부 구현예들이 200 ㎑ 및 400 ㎑로 연장된다고 고려한다. 무선 충전은 일반적으로 대략 100 ㎑ 내지 360 ㎑의 범위의 주파수에서 동작한다. 특히, 나노결정질 재료에서의 와전류 손실들은 100 ㎑ 내지 200 ㎑의 동작 주파수들에 비해 200 ㎑ 이상의 더 높은 동작 주파수들을 겪을 때 훨씬 더 높다. 강자성 차폐부(110)의 나노결정질 차폐 구조물의 구현예들에서 미세 입자들 사이의 에어 갭들을 갖는 균열된 나노결정질 리본들은 휴대용 전자 디바이스(100)의 관련 동작 주파수들에서의 와전류 손실을 감소시킨다. 입자들이 더 작아짐에 따라, 와전류 손실이 감소한다. 미세 입자들 사이에 추가된 에어 갭들로 인해 투자율이 또한 감소된다.
일 구현예에서, 강자성 차폐부(110)의 나노결정질 차폐 구조물은 기판(예를 들어, 평면 기판) 상에 배치된 나노결정질 재료들을 포함하는 복수의 와이어들을 포함한다. 복수의 와이어들은 기판 상에 방사상 패턴들과 같은 하나 이상의 2차원 패턴들로 배열될 수 있다. 일부 예들에서, 와이어들 각각은 중심 영역으로부터 바깥쪽으로 연장되는 2차원 방사상 패턴을 정의하기 위해 기판의 공통 구역으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장된다. 다수의 2차원 방사상 패턴들이 이러한 방식으로 형성되고, 서로 위에 배치될 수 있으며, 이때, 각각의 2차원 방사상 패턴의 와이어들은 서로 중첩되지 않는다. 나노결정질 와이어들을 포함하는 나노결정질 차폐 구조물의 예들은 기판에 수직인 방향에서 실질적으로 더 낮은 평면-통과 투자율(예를 들어, 10 H/m 이하)에 비해, 기판에 평행한 평면에서 더 높은 평면내 투자율(예를 들어, 10,000 H/m 이상)을 갖는다. 나노결정질 재료들로 제조된 복수의 와이어들을 포함하는 나노결정질 차폐 구조물은 무시할만한 와전류 손실을 갖지 않는다.
전반적으로, 강자성 차폐부(110)의 강자성 재료는 대략 100 ㎑ 내지 400 ㎑의 무선 전력 동작 주파수에서 평면 인덕터 코일을 사용하여 무선으로 전력을 수신하기 위해 휴대용 전자 디바이스(100)의 동작 동안 불포화 상태로 유지된다. 강자성 차폐부(110)의 강자성 재료는 적어도 15 와트의 정격 전력 레벨에서 평면 인덕터 코일을 사용하여 무선으로 전력을 수신하기 위해 휴대용 전자 디바이스(100)의 동작 동안 불포화 상태로 유지된다.
도 2를 참조하면, 나노결정질 스택을 포함하는 예시적인 나노결정질 차폐 구조물(200)의 측면도가 도시되어 있다. 일 구현예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 상단 층(202), 하단 층(208), 및 하나 이상의 유전체 층들(204)과 인터리빙된 하나 이상의 금속 포일들(206)(예를 들어, 206A 내지 206C)을 포함한다. 상단 층(202) 및 하단 층(208)은 각각 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 유사한 재료로 형성된 플라스틱 필름일 수 있다. 유전체 층들(204)은 PSA, 에폭시 수지, 섬유 유리 강화 에폭시 등과 같은 접착제로 형성될 수 있다.
금속 포일들(206)은 하나 이상의 나노결정질 층들을 형성할 수 있다. 일 구현예에서, 상단 층(202)은 유전체 층들(204)의 상단 유전체 층 위에 배치되는 반면, 하단 층(208)은 유전체 층들(204)의 하단 유전체 층 아래에 위치된다. 금속 포일들(206)은 철계 나노결정질 재료로 형성될 수 있다. 나노결정질 차폐 구조물(200)은 특히 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 7개와 같은 임의의 수의 금속 포일들(206)을 포함할 수 있다.
도 3a는 금속 포일(206) 중 제1 금속 포일(206A)의 평면도를 예시한다. 일 구현예에서, 제1 금속 포일(206A)은 제1 방향으로 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 나노결정질 리본들(302)을 포함한다. 예를 들어, 제1 방향은 X-방향과 정렬될 수 있다. 금속 포일들(206) 중 제2 금속 포일(206B)의 평면도를 예시하는 도 3b로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제2 금속 포일(206B)은 Y-방향과 같은 제2 방향으로 정렬된 인접한 행들에 배열된 제2 복수의 나노결정질 리본들(304)을 포함한다. 제1 방향은 제2 방향과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 제2 방향에 수직일 수 있다. 제2 금속 포일(206B)의 제2 복수의 나노결정질 리본들(304)은 제1 금속 포일(206A)에 접착될 수 있다.
금속 포일들(206)이 부가적인 금속 포일들을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 금속 포일들(206)은 제2 금속 포일(206B)에 접합된 제3 금속 포일(206C)을 포함할 수 있다. 제3 금속 포일(206C)은 X-방향과 정렬된 제3 복수의 나노결정질 리본들을 포함한다. 더 많은 층들이 유사한 방식으로 추가될 수 있으며, 이는 차폐 구조물(200)의 스택에서 교번하는 방향들을 따라 배열된 금속 포일들(206)의 층들을 초래한다. 일 예로서, 금속 포일들(206)의 홀수 층들은 X-방향으로 정렬될 수 있는 반면, 금속 포일들(206)의 짝수 층들은 Y-방향으로 정렬될 수 있거나, 또는 그 반대의 경우도 가능하다. 그러한 배열에서, 금속 포일들(206)은 함께 강하게 접합된다. 나노결정질 리본들의 배열은 금속 포일들(206) 내에서 유사하게 변할 수 있다. 예를 들어, 홀수 층들 내의 나노결정질 리본들은 X-방향으로부터 45°로 정렬될 수 있는 반면, 짝수 층들 내의 나노결정질 리본들은 홀수 층들 내의 나노결정질 리본들로부터 90°로 정렬될 수 있다.
일 구현예에서, 제1 복수의 나노결정질 리본들(302) 각각은 공통의 제1 폭을 갖고, 제2 복수의 나노결정질 리본들(304) 각각은 공통의 제2 폭을 갖는다. 제1 공통 폭 및 제2 공통 폭은 상이하거나 동일할 수 있다. 다른 구현예에서, 제1 복수의 나노결정질 리본들(302) 및/또는 제2 복수의 나노결정질 리본들(304)은 상이한 폭들의 리본들을 포함한다. 금속 포일들(206) 각각은 25 μm 미만의 층 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 포일들(206) 각각은 대략 5 μm 내지 25 μm의 범위의 층 두께를 가질 수 있다. 일 예에서, 층 두께는 5 μm 이상이다. 다른 예에서, 층 두께는 10 μm 이상이다. 다른 예에서, 층 두께는 15 μm 이상이다. 다른 예에서, 층 두께는 20 μm 이상이다. 유사하게, 일 예에서, 층 두께는 25 μm 이하이다. 다른 예에서, 층 두께는 20 μm 이하이다. 다른 예에서, 층 두께는 15 μm 이하이다. 다른 예에서, 층 두께는 10 μm 이하이다. 하나의 비제한적인 예에서, 금속 포일들(206)은 각각 두께가 대략 22 μm일 수 있고, 유전체 층들(204)은 각각 두께가 대략 3 μm일 수 있으며, 상단 층(202) 및 하단 층(208)은 각각 두께가 대략 5 μm일 수 있다. 금속 포일(206)의 수가 4일 때, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 대략 105 μm의 총 두께 및 대략 5 cm 폭 x 대략 5 cm 길이의 치수를 가질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 금속 포일들(206)의 예시적인 나노결정질 리본(306)의 평면도가 도시되어 있다. 일 구현예에서, 나노결정질 리본(306)은 균열된 나노결정질 재료로 제조된다. 더 구체적으로, 나노결정질 리본(306)은 복수의 입자들(310) 사이에 배치된 복수의 에어 갭들(308)을 포함한다. 예를 들어, 적어도 2개 이상의 인접한 입자들(310)이 에어 갭들(308)에 의해 분리될 수 있다. 복수의 입자들(306) 각각은 작을 수 있으며, 예를 들어 대략 1 nm 내지 1 μm의 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 이러한 방식으로, 제1 복수의 나노결정질 리본들(302), 제2 복수의 나노결정질 리본들(304) 등 중 하나 이상의 리본들은 복수의 입자들(310) 사이에서 균열될 수 있다. 에어 갭들(308)은 인접한 균열된 나노결정질 리본들 사이에 추가로 배치될 수 있다.
금속 포일들(206)의 나노결정질 리본들(306)은 스피닝(spinning) 및 빠른 냉각 뒤이어 드로잉(drawing)에 의해 형성될 수 있다. 나노결정질 리본들(306)은 대략 15 μm 내지 30 μm의 범위의 두께를 가질 수 있다. 일 예에서, 나노결정질 리본들(306)은 100 nm 미만의 입자 크기들을 갖는 다결정 재료를 포함한다. 나노결정질 리본들(306)은 철계일 수 있다. 나노결정질 리본들(306)의 그러한 철계 나노결정질 재료는 최적화된 자기 속성들을 제공한다. 예를 들어, 나노결정질 리본들(306)은 페라이트(예를 들어, 3,000)의 투자율에 비해 높은 투자율(예를 들어, 10,000 내지 15,000)을 가질 수 있다. 나노결정질 리본들(306)은 또한 (예를 들어, X-Y 평면에 수직인 Z-방향에서의) 더 낮은 평면-통과 투자율에 비해 (예를 들어, X-Y 평면에서의) 더 높은 평면내 투자율을 가질 수 있다. 예를 들어, 나노결정질 리본들(306)은 Z-방향에서 10 미만의 투자율을 가질 수 있다. 나노결정질 리본들(306)은 밸런스(balance)로서 철(Fe)과 함께, 8.0 내지 9.4 wt%의 규소(Si), 4.8 wt% 내지 6.4 wt%의 니오븀(Nb), 1.0 wt% 내지 2.2 wt%의 붕소(B), 0.80 wt% 내지 2.20 wt%의 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 나노결정질 재료의 시트는 롤링 전에 스트립들로 절단된다. 예를 들어, 스트립들은 폭이 대략 1 내지 2 cm일 수 있다. 롤링 및 균열은 실온에서 롤러를 사용함으로써 수행될 수 있다. 롤링은 나노결정질 리본들(306)의 균열된 나노결정질 재료를 형성하며, 이때, 에어 갭들(308)이 입자들(310) 사이에 형성된다. 롤러의 롤링 패턴 및 압력은 균열 레벨에 의존하여 변할 수 있다. 나노결정질 리본들(306)에서의 균열 정도는 투자율 정도에 의해 측정될 수 있다. 스트립들을 롤링하는 것은 결과적인 균열된 나노결정질 재료에서 투자율을 감소시킨다. 균열된 나노결정질 재료는 약 200의 감소된 투자율을 가질 수 있으며, 이는, 예를 들어 10,000 내지 15,000의 투자율을 가질 수 있는 나노결정질 재료의 시트의 투자율보다 상당히 더 낮다.
일 구현예에서, 나노결정질 리본들(306)의 균열된 나노결정질 재료는 최적화된 자기 속성들을 산출하기 위해 대략 300℃ 내지 550℃의 범위의 상승된 온도들에서 어닐링된다. 어닐링은 입자들(310)의 정렬을 촉진한다. 예를 들어, 나노결정질 리본들(306)은 제1 시간 기간(예를 들어, 1시간) 동안 제1 온도(예를 들어, 300℃) 및 제2 시간 기간(예를 들어, 1 시간) 동안 제1 온도보다 높은 제2 온도(예를 들어, 450℃)로 어닐링될 수 있다.
나노결정질 리본들(306)의 균열된 나노결정질 재료의 입자들(310)의 입자 크기는 대략 50 nm 이하일 수 있다. 일 예에서, 입자 크기는 40 nm 이하이다. 다른 예에서, 입자 크기는 30 nm 이하이다. 다른 예에서, 입자 크기는 20 nm 이하이다. 다른 예에서, 입자 크기는 10 nm 이하이다. 다른 예에서, 입자 크기는 5 nm 이하이다. 다른 예에서, 입자 크기는 1 nm 이하이다. 나노결정질 리본들(306)은 대략 10 μm 내지 25 μm의 범위의 두께를 가질 수 있다. 나노결정질 리본들(306)은 대략 7.0 g/㎤ 이상의 밀도를 가질 수 있다. 일 예에서, 나노결정질 리본들(306)은 7.1 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 리본들(306)은 7.2 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 리본들(306)은 7.3 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는다.
나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 대략 100 내지 300의 범위의 평면내 투자율을 가질 수 있다. 일 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 300 이하의 평면내 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 250 이하의 평면내 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 200 이하의 평면내 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 150 이하의 평면내 투자율을 갖는다.
유사하게, 일 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 100 이상의 평면내 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 150 이상의 평면내 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 200 이상의 평면내 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 평면에서 250 이상의 평면내 투자율을 갖는다.
나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 표면에 수직인 방향에서 10 이하의 평면-통과 투자율을 가질 수 있다. 일 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 표면에 수직인 방향에서 5 이하의 평면-통과 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 표면에 수직인 방향에서 3 이하의 평면-통과 투자율을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 차폐 구조물(200)은 나노결정질 차폐 구조물(200)의 표면에 수직인 방향에서 1 이하의 평면-통과 투자율을 갖는다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 휴대용 전자 디바이스(100)는 대략 100 ㎑ 내지 300 ㎑의 주파수 범위에서 무선 전력 전송을 수신하도록 동작가능하다. 나노결정질 차폐 구조물(200)의 강자성 재료는 적어도 15 와트의 정격 전력 레벨에서 코일(105)을 사용하여 무선으로 전력을 수신하기 위해 휴대용 전자 디바이스(100)의 동작 동안 불포화 상태로 유지된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 정격 전력은 최대 무선 전력 레벨(휴대용 전자 디바이스(100)와 같은 전자 디바이스는 그 최대 무선 전력 레벨 이하에서 동작하도록 정격됨)을 지칭한다. 예를 들어, 무선 전력 컨소시엄 Qi 표준과 관련하여, 기본 전력 프로파일을 사용하는 전자 디바이스들은 전형적으로 5 와트 동작에 대해 정격되고, 연장된 전력 프로파일을 사용하는 전자 디바이스들은 전형적으로 15 와트 동작에 대해 정격된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 구현예에서, 강자성 차폐부(110)는 기판(402) 상에서 하나 이상의 패턴들로 배열된 복수의 와이어들(예를 들어, 나노와이어들)을 포함하는 나노결정질 차폐 구조물(400)로 형성된다. 기판(402)은 평면일 수 있다. 패턴들은 각각 일 각도를 갖는 2차원 방사상 패턴과 같은 2차원 패턴일 수 있다.
일 구현예에서, 나노결정질 차폐 구조물(400)은 제1 복수의 나노결정질 와이어들(404)을 포함한다. 각각의 나노결정질 와이어(404)는 제1 단부(406A) 및 제2 단부(406B)를 갖는다. 각각의 나노결정질 와이어(404)의 제1 단부(406A)는 기판(402) 상의 공통 구역(408)에 연결된다. 2개의 인접한 나노결정질 와이어들(404)은 제1 각도(410)에 의해 분리될 수 있다. 각각의 나노결정질 와이어(404)는 제1의 2차원 방사상 패턴(412)을 형성하기 위해 평면에서 공통 구역(408)으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장된다.
일 구현예에서, 나노결정질 차폐 구조물(400)은 도 5로부터 이해될 수 있는 바와 같이 제2의 2차원 방사상 패턴(500)을 형성하는 제2 복수의 나노결정질 와이어들(504)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 제1의 2차원 방사상 패턴(412)은, 제1 복수의 나노결정질 와이어들(404)이 제2 복수의 나노결정질 와이어들(504)과 중첩되지 않으면서 제2의 2차원 방사상 패턴(500) 위에 배치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 복수의 나노결정질 와이어들(504) 각각은 제1 단부(506A) 및 제2 단부(506B)를 갖는다. 나노결정질 와이어들(504)의 각각의 나노결정질 와이어의 제1 단부(506A)는 기판(402)의 제2 공통 구역(508)에 연결되고, 평면에서 제2 공통 구역(508)으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되어, 제2의 2차원 방사상 패턴(500)을 형성한다. 2개의 인접한 나노결정질 와이어들(504)은 제2 각도(510)에 의해 분리된다. 제2의 2차원 방사상 패턴(500)은 제1의 2차원 방사상 패턴(412) 위에 배치될 수 있다. 제2의 2차원 방사상 패턴(500)의 제2 공통 구역(508)은 제1의 2차원 방사상 패턴(412)의 공통 구역(408)과 정렬될 수 있다. 제2의 2차원 방사상 패턴(500)은 제1의 2차원 방사상 패턴(412)으로부터 일 각도로 오프셋될 수 있다.
일 구현예에서, 제1 복수의 와이어들(404)은 제2 복수의 와이어들(504)과 중첩되지 않는다. 공통 구역(408)은 코일(105)의 중심 지점과 중첩될 수 있다. 일 구현예에서, 제2 공통 구역(508)은 공통 구역(408)과 중첩될 수 있다. 제1의 2차원 방사상 패턴(412)의 2개의 바로 인접한 나노결정질 와이어들 사이의 제1 각도(410)는 제1 상수일 수 있다. 제2의 2차원 방사상 패턴(500)의 2개의 바로 인접한 나노결정질 와이어들 사이의 제2 각도(510)는 제2 상수일 수 있다. 제1 각도(410)는 제2 각도(510)와 상이할 수 있다. 제2의 2차원 방사상 패턴(500)을 정의하는 제2 복수의 와이어들(504) 각각은 인접한 와이어들로부터 등거리이다.
일 구현예에서, 나노결정질 와이어들(404, 504)은 나노결정질 재료들을 포함한다. 2차원 방사상 패턴들(412, 500)은, 나노결정질 차폐 구조물(400)이 (예를 들어, X-Y 평면에 수직인 Z-방향에서의) 낮은 평면-통과 투자율에 비해 (예를 들어, X-Y 평면에서의) 높은 평면 투자율을 갖도록 반경 방향을 따라 대략 10,000 내지 15,000의 높은 투자율을 갖는다. 예를 들어, 나노결정질 차폐 구조물(400)은 Z-방향에서 10 이하의 투자율을 가질 수 있다. 나노결정질 차폐 구조물(400)은 10,000 이상의 평면내 투자율 및 10 이하의 평면-통과 투자율을 갖는다. 나노결정질 차폐 구조물(400)로 형성된 강자성 차폐부(110)는 무시할만한 와전류 손실을 갖지 않는다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 휴대용 전자 디바이스(100)는 대략 100 ㎑ 내지 300 ㎑의 범위의 주파수에서 무선 전력 전송을 수신하도록 동작가능하다. 나노결정질 차폐 구조물(400)의 강자성 재료는 적어도 15 와트의 정격 전력 레벨에서 코일(105)을 사용하여 무선으로 전력을 수신하기 위해 휴대용 전자 디바이스(100)의 동작 동안 불포화 상태로 유지된다.
일 구현예에서, 나노결정질 차폐 구조물(400)의 나노결정질 와이어들은 대략 0.1 mm 내지 1.0 mm의 범위의 직경들을 갖는다. 일 예에서, 나노결정질 와이어들은 1.0 mm 이하의 직경들을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.7 mm 이하의 직경들을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.5 mm 이하의 직경들을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.3 mm 이하의 직경들을 갖는다. 유사하게, 일 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.1 mm 이하의 직경들을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.3 mm 이하의 직경들을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.5 mm 이하의 직경들을 갖는다. 다른 예에서, 나노결정질 와이어들은 0.7 mm 이하의 직경들을 갖는다. 나노결정질 차폐 구조물(400)의 나노결정질 와이어들은 밸런스로서 Fe와 함께, 8.0 내지 9.4 wt%의 Si, 4.8 wt% 내지 6.4 wt%의 Nb, 1.0 wt% 내지 2.2 wt%의 B, 0.80 wt% 내지 2.20 wt%의 Cu를 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 현재 개시된 기술의 다양한 예들이 제공된다. 예들 및 결과들이 단지 예시적이고 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 자기 재료들 L 및 Q 테스트들이 10 ㎑ 내지 3 ㎒의 E4990A 임피던스 분석기를 이용하는 L 및 Q 스윕(sweep)을 사용하여 수행되었다. 테스트들은 테스트 코일의 단일 측 상에 배치된 자기 재료로 수행되었고, 다시 테스트 코일의 양측 상에 배치된 자기 재료로 수행되었다.
표 1은 테스트된 샘플들을 열거한다. 샘플들 2 내지 6은 균열로 인해 감소된 투자율을 가졌다. 샘플 6은 모든 샘플들 2 내지 6 중에서 200의 가장 낮은 투자율 및 가장 많은 균열을 갖는다. 샘플 1은 균열을 갖지 않는다.
[표 1]
Figure pat00001
도 6은 테스트 코일의 단일 측 상에 배치된 자기 재료에 대한 인덕턴스 대 주파수의 플롯을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 모든 재료들에 대한 인덕턴스(Ls)는 약 1 ㎒까지 평탄하게 유지된다. 인덕턴스(Ls)는 또한, 샘플 1을 샘플들 2 내지 6과 비교함으로써 이해될 수 있는 바와 같이, 균열이 증가함에 따라 감소한다. 샘플 1(나노결정질 재료)의 인덕턴스는 페라이트의 투자율보다 높은 투자율로 인해 샘플들 8 내지 10(페라이트들)보다 높다.
도 7은 도 6의 자기 재료에 대한 손실 인자(Q) 대 주파수의 플롯을 도시한다. 샘플 1(나노결정질 재료)을 샘플들 8 내지 10(페라이트들)과 비교함으로써 이해될 수 있는 바와 같이, 페라이트 재료들은 나노결정질 재료보다 높은 손실을 초래하였다. 1 mm의 더 큰 치수는 동일한 균열을 갖는 Fe-계 나노결정질 재료의 샘플 2 내지 샘플 7에 의해 도시된 바와 같이, 동일한 재료에 대해 0.1 mm의 더 작은 치수보다 높은 손실을 초래하였다. 균열이 증가할 때, 샘플들 2 내지 6은, 균열이 증가하고 투자율이 감소됨에 따라 손실 인자(Q)가 피크를 더 높은 주파수로 시프트시켰다는 것을 나타내었다.
도 8은 테스트 코일의 양측 상에 배치된 자기 재료에 대한 인덕턴스 대 주파수의 플롯을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 모든 재료들에 대한 인덕턴스(Ls)는 약 1 ㎒까지 평탄하게 유지된다. 또한, 인덕턴스(Ls)는 약 1 ㎒까지 평탄하게 유지된다. 샘플 1과 샘플들 2 내지 6의 비교로 나타낸 바와 같이, 인덕턴스(Ls)는 균열이 증가함에 따라 감소한다. 샘플 1(나노결정질 재료)의 인덕턴스는 페라이트에 비해 더 높은 투자율로 인해 샘플들 8 내지 10(페라이트들)보다 높다.
도 9는 도 8의 자기 재료에 대한 손실 인자(Q) 대 주파수의 플롯을 도시한다. 도시된 바와 같이, 균열이 증가하고 투자율이 감소됨에 따라 손실 인자(Q)는 샘플들 1 내지 6에 대해 피크를 더 높은 주파수로 시프트시킨다. 유사한 경향들이 일측 상에 배치된 자기 재료에 대한 것으로서 관찰되었지만, 양측 상에 배치된 자기 재료의 인덕턴스 및 손실 인자 값들은 상이하였다.
표 2는 100 ㎑ 내지 500 ㎑의 범위의 다양한 동작 주파수들에서, 균열이 있는 연질 자기 철계 나노결정질 샘플, 즉 샘플 6(MS200-0.1 mm)의 인덕턴스(Ls), 손실 인자(Q), 및 저항(R) 값들을 열거한다. 값들은 코일의 단일 측 및 양측 상에 배치된 자기 재료에 대해 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00002
표 3은 양측 상에 배치된 자기 재료에 대한 다양한 주파수들에서의 샘플들 1 및 6(MS200-0.1 mm)의 Ls, Q, 및 R 값들을 열거한다. 동일한 주파수들에서, 저항들은 샘플 6보다 샘플 1에 대해 훨씬 더 높았지만, 손실 인자(Q) 값들은 샘플 6보다 샘플 1에 대해 더 낮았다는 것을 유의한다.
[표 3]
Figure pat00003
본 명세서에 인용된 모든 범위들은 포괄적인 것이다. 본 명세서 전반에 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은 약간의 변동을 기술하고 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 이들 용어들은 ±5%를 지칭할 수 있다.
개시된 방법들에서의 단계들의 특정 순서 또는 계층구조가 예시적인 접근법들의 인스턴스들이라는 것이 이해된다. 설계 선호도들에 기초하여, 개시된 주제 내에 있으면서 방법에서의 단계들의 특정 순서 또는 계층구조가 재배열될 수 있다는 것이 이해된다. 첨부된 방법 청구항들은 다양한 단계들의 요소들을 샘플 순서로 제시하고, 반드시 제시된 특정 순서 또는 계층구조로 제한되는 것으로 의도되어 있지 않다.
본 개시내용이 다양한 구현들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 구현들이 예시적이고 본 개시내용의 범주가 그것들로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 많은 변형들, 수정들, 부가들 및 개선들이 가능하다. 보다 일반적으로, 본 개시내용에 따른 실시예들은 특정 구현들의 맥락에서 설명되었다. 기능은 본 개시내용의 다양한 실시예들에서 상이하게 블록들로 분리 또는 결합될 수 있거나, 상이한 용어로 설명될 수 있다. 이들 및 다른 변형들, 수정들, 추가들, 및 개선들은 이하의 청구범위에서 정의되는 바와 같이 본 발명의 범주 내에 속할 수 있다.

Claims (20)

  1. 휴대용 전자 디바이스로서,
    하우징;
    상기 하우징에 배치되고, 중심 지점 주위에 그리고 증가하는 반경들로 복수의 턴(turn)들로 감겨진 전도성 와이어를 포함하는 평면 인덕터 코일;
    상기 하우징에 배치되고 상기 평면 인덕터 코일과 중첩되는 강자성 차폐부를 포함하며,
    상기 강자성 차폐부는,
    제1 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 철계 나노결정질 리본(iron-based nanocrystalline ribbon)들을 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 층과 중첩되는 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함하는 제2 층을 포함하며,
    상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 인접한 행들에 배열되는, 휴대용 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 휴대용 전자 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 각각은 공통의 제1 폭을 갖고, 상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들 각각은 공통의 제2 폭을 갖는, 휴대용 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들의 각각의 리본은 복수의 입자들을 포함하며,
    적어도 2개 이상의 인접한 입자들은 에어 갭들에 의해 분리되는, 휴대용 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 중 하나 이상의 리본들은 균열된(cracked) 나노결정질 재료로 형성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  6. 자기 컴포넌트로서,
    제1 방향을 따라 인접한 행들에 배열된 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 층과 중첩되는 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들을 포함하는 제2 층을 포함하며,
    상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향을 따라 인접한 행들에 배열되는, 자기 컴포넌트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 자기 컴포넌트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 각각은 공통의 제1 폭을 갖고, 상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들 각각은 공통의 제2 폭을 갖는, 자기 컴포넌트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공통의 제1 폭과 상기 공통의 제2 폭은 상이한, 자기 컴포넌트.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 또는 상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들 중 적어도 하나는 상이한 폭들의 리본들을 포함하는, 자기 컴포넌트.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 및 상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 적어도 10,000의 평면내 투자율 및 10 미만의 평면-통과 투자율을 갖는 강자성 차폐부를 형성하는, 자기 컴포넌트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 강자성 차폐부의 강자성 재료는 100 ㎑ 내지 400 ㎑의 무선 전력 동작 주파수에서 휴대용 전자 디바이스의 평면 인덕터 코일을 사용하여 무선으로 전력을 수신하기 위해 상기 휴대용 전자 디바이스의 동작 동안 불포화 상태로 유지되는, 자기 컴포넌트.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 강자성 차폐부의 상기 강자성 재료는 적어도 15 와트의 정격 전력 레벨에서 상기 평면 인덕터 코일을 사용하여 무선으로 상기 전력을 수신하기 위해 상기 휴대용 전자 디바이스의 상기 동작 동안 불포화 상태로 유지되는, 자기 컴포넌트.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들은 1 nm 내지 100 nm의 평균 입자 크기를 갖는, 자기 컴포넌트.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들의 각각의 리본은 복수의 입자들을 포함하며,
    적어도 2개 이상의 인접한 입자들은 에어 갭들에 의해 분리되는, 자기 컴포넌트.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 중 하나 이상의 리본들은 균열된 나노결정질 재료로 형성되는, 자기 컴포넌트.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 제1 층 또는 상기 제2 층 중 적어도 하나 상에 배치된 접착제를 더 포함하는, 자기 컴포넌트.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 접착된 유전체 층을 더 포함하는, 자기 컴포넌트.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 제1 층 및 상기 제2 층 각각은 25 ㅅm 이하의 두께를 갖는, 자기 컴포넌트.
  20. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 철계 나노결정질 리본들 및 상기 제2 복수의 철계 나노결정질 리본들은 밸런스(balance)로서 Fe와 함께, 8.0 내지 9.4 wt%의 Si, 4.8 wt% 내지 6.4 wt%의 Nb, 1.0 wt% 내지 2.2 wt%의 B, 및 0.80 wt% 내지 2.20 wt%의 Cu를 포함하는, 자기 컴포넌트.
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