專利名稱：含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例大體上涉及電子設(shè)備，并且更具體地涉及含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)設(shè)備包括消費(fèi)電子器件和醫(yī)療設(shè)備。移動(dòng)消費(fèi)電子設(shè)備的若干實(shí)例包括但不限于移動(dòng)電話、便攜式音樂(lè)播放器和數(shù)碼相機(jī)。醫(yī)療設(shè)備的實(shí)例包括但不限于便攜式傳感器。通常，移動(dòng)設(shè)備含有某種形式的電源，該電源周期性地需要再充電從而使移動(dòng)設(shè)備仍可操作用于其預(yù)期目的，其中該電源可以經(jīng)由接收線圈被電感充電。該電源可以也包括用于生成功率以操作移動(dòng)設(shè)備的電感電源。對(duì)于電感供電或充電的移動(dòng)設(shè)備，移動(dòng)設(shè)備放置在發(fā)射線圈的電感耦合區(qū)域內(nèi)，其中響應(yīng)于由發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，來(lái)自交變磁場(chǎng)的能量被接收線圈接收。使用接收線圈對(duì)諸如電池的電源電感充電的一個(gè)問(wèn)題在于，電池通常包括金屬物體。然而，將金屬物體放置在接收線圈頂部上是有害的。也就是說(shuō)，由于金屬物體內(nèi)的感應(yīng)渦電流的原因，金屬物體存在于接收線圈頂部上不期望地使到接收線圈的電感功率轉(zhuǎn)移劣化，該感應(yīng)渦電流不利地減小在接收線圈中接收的磁場(chǎng)。此外，金屬物體內(nèi)的感應(yīng)渦電流會(huì)在金屬物體內(nèi)生成過(guò)多的和/或不期望的熱量，這引起有關(guān)移動(dòng)設(shè)備使用的安全問(wèn)題。另一個(gè)可替換方案可以是將金屬物體放置在接收線圈旁邊；然而，這種方案不期望地耗費(fèi)相應(yīng)設(shè)備的更大面積或者不期望地增加設(shè)備布局的尺寸。解決上述問(wèn)題的一種已知方法是在接收線圈和金屬物體之間添加軟磁鐵素體層。 然而，這種軟磁鐵素體層相當(dāng)厚。固態(tài)鐵素體材料具有脆性并且需要至少一毫米(Imm)或更大的量級(jí)的厚度而具有機(jī)械穩(wěn)定性。脆性較低的軟磁鐵素體層的實(shí)例包括鐵素體高分子化合物(FPC)。然而FPC具有低的磁導(dǎo)率。為了實(shí)現(xiàn)合理的屏蔽功能，F(xiàn)PC材料必須至少Imm 厚。這么大的厚度對(duì)于在需要減小尺度的移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用中使用是不利的，在這種移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用中接收線圈和金屬物體之間的距離應(yīng)盡可能小以節(jié)約移動(dòng)設(shè)備內(nèi)的空間。因此，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法是期望的。


圖1為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備的分解圖解視圖2為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備的若干部件的自頂向下視圖3為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的呈堆疊布置的圖2的含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備的若干部件的自頂向下視圖4-8為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備的一部分在各個(gè)制作階段的截面視圖；以及圖9為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施例的呈堆疊布置的含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備的若干部件的自頂向下視圖。在各圖中，相同附圖標(biāo)記是指相同元件。此外注意，各圖可以不按比例繪制。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例，電感供電或充電的移動(dòng)設(shè)備包括接收線圈，金屬物體(例如可再充電電池等)，以及布置在接收線圈和金屬物體之間的超薄軟磁金屬箔，其中超薄軟磁金屬箔有利地提供磁性屏蔽層。在一個(gè)實(shí)施例中，超薄軟磁金屬箔包括厚度為五十微米或更小(即厚度< 50 μ m)的量級(jí)的鎳鐵銅鉻合金(Mumetal )。有利地，超薄軟磁金屬箔比現(xiàn)有已知方案的軟磁鐵素體層(即厚度> Imm)薄超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，超薄軟磁金屬箔包括導(dǎo)電材料。為了驅(qū)散在屏蔽層中任何不期望渦電流的形成，屏蔽層還設(shè)有渦電流驅(qū)散特征。在一個(gè)實(shí)施例中，接收線圈包括圓形線圈并且屏蔽層包括在接收線圈的單一側(cè)上足以覆蓋接收線圈的形狀，其中屏蔽層的渦電流驅(qū)散特征包括在屏蔽層內(nèi)形成的放射狀狹縫。在一個(gè)實(shí)施例中，放射狀狹縫在放射狀方向上從中心在圓形接收線圈上的位置放射。圖1為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的含有具有超薄屏蔽層14的電感接收線圈12的電子設(shè)備10的分解圖解視圖。電子設(shè)備10可以包括例如便攜式音樂(lè)播放器。特別地，移動(dòng)設(shè)備10包括外殼，該外殼包括頂部部分16和底部部分18，頂部和底部部分均由不導(dǎo)電材料制成。在鄰近設(shè)備10的底部處，同心地放置螺旋電感線圈20作為電感功率接收器。放置在螺旋線圈20頂部上的軟磁層14提供磁性屏蔽。根據(jù)此處進(jìn)一步討論的各種實(shí)施例， 磁性屏蔽層14包括規(guī)定數(shù)量的渦電流驅(qū)散特征22，例如設(shè)于屏蔽層中的放射狀狹縫。例如電池或可再充電電源的導(dǎo)電元件M放置在屏蔽層14頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，盡管沒(méi)有具體說(shuō)明，電學(xué)絕緣層或表面被提供在導(dǎo)電元件M和屏蔽層14之間，從而防止導(dǎo)電元件和屏蔽層在彼此接觸地組裝時(shí)的電學(xué)短路。移動(dòng)設(shè)備10還包括印刷電路板26，除了移動(dòng)設(shè)備的功能電路之外，該印刷電路板含有用于功率接收器的附加電子器件，例如整流二極管、諧振和平滑電容器以及可選地電壓或充電控制電路。印刷電路板26經(jīng)由通常用附圖標(biāo)記觀表示的合適傳導(dǎo)元件而耦合到接收線圈。例如響應(yīng)于移動(dòng)設(shè)備被放置在配置成用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的發(fā)射線圈(未示出) 上，移動(dòng)設(shè)備10中的電池M被在接收線圈12接收的電感功率充電。圖2為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的含有具有超薄屏蔽層的電感接收線圈的電子設(shè)備10的若干部件的自頂向下視圖。特別地，圖2說(shuō)明具有其關(guān)聯(lián)螺旋導(dǎo)體20的接收線圈12、具有渦電流驅(qū)散特征22的屏蔽層14以及導(dǎo)電元件M的一個(gè)實(shí)例。在圖2的實(shí)施例中，接收線圈12還包括用于功率接收器的放置到接收線圈一側(cè)的附加電子器件，例如整流二極管、諧振和平滑電容器以及可選地電壓或充電控制電路，該附加電子器件通常用附圖標(biāo)記21表示。該附加電子器件可以補(bǔ)充或者替代圖1的電路板沈的電子器件。螺旋線圈 20的規(guī)格是根據(jù)電子設(shè)備10的具體要求來(lái)選擇，例如，給定電池負(fù)載、充電參數(shù)等。屏蔽層 14就其布局而言通常在尺度上大于功率接收器12的螺旋線圈20的相應(yīng)布局尺度。此外， 屏蔽層14的厚度尺度在厚度上相似于和/或薄于功率接收器12的螺旋線圈22的厚度，如此處所進(jìn)一步討論。
繼續(xù)參考圖2，線圈12由此處下文給出的如表1中列出的各種參數(shù)來(lái)表征。接收線圈12的繞組20可以形成為柔性襯底(例如，聚酰亞胺，"Flexfoil")上的銅蝕刻印刷電路板線圈。在圖2的中部示出包括屏蔽箔的屏蔽層14。屏蔽箔包括具有與鎳鐵銅鉻合金相似屬性的無(wú)定形鐵類型的50μπι薄箔。例如，屏蔽層材料可以包括由德國(guó)哈瑙的 Vakuumschmelze提供的VitroVac。此外，圖2的屏蔽層14包括通過(guò)激光切割形成的360 條狹縫(如此處下文進(jìn)一步討論)。在圖2的頂部，導(dǎo)電元件M包括具有金屬外殼的鋰離子電池。圖3為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的呈堆疊布置的圖2的部件的自頂向下視圖。特別地，圖3說(shuō)明具有其關(guān)聯(lián)螺旋導(dǎo)體20的接收線圈12 (圖2)、具有渦電流驅(qū)散特征22的屏蔽層14 (圖1)以及導(dǎo)電元件對(duì)。此外，導(dǎo)電元件M包括經(jīng)由通常用附圖標(biāo)記25表示的合適電學(xué)導(dǎo)體而電學(xué)耦合到功率接收器12的電子器件21的電池。另外，圖3示出組裝的接收器的一個(gè)實(shí)例。利用該組裝的接收器，可以演示僅僅具有略微增加的損耗的良好功率轉(zhuǎn)移，而沒(méi)有屏蔽或者利用沒(méi)有狹縫的屏蔽時(shí)，損耗顯著。圖4-8為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的含有具有超薄屏蔽層14的電感接收線圈12 的電子設(shè)備10的一部分(圖1和3)在各個(gè)制作階段的截面視圖?，F(xiàn)在參考圖4，該圖示出電感接收線圈12的截面視圖，并且其由柔性襯底30形成，優(yōu)選地厚度為IOOym或更小的量級(jí)。襯底30包括例如聚酰亞胺箔(也稱為"Flexfoil")。給定匝數(shù)的導(dǎo)電材料的橫向布置線圈20形成于柔性襯底30的表面上，該柔性襯底包括用于電學(xué)連接到此處討論的附加電子器件的恰當(dāng)互連(未示出)。例如，導(dǎo)電材料的線圈20可以包括銅導(dǎo)體的螺旋繞組。如各圖中所說(shuō)明，在一個(gè)實(shí)施例中，線圈22包括單一層的導(dǎo)電材料。在其它實(shí)施例中，線圈22 可以包括兩個(gè)或更多層的導(dǎo)電材料，其中相鄰層被合適的絕緣襯底或材料分隔。線圈20的規(guī)格或?qū)傩愿鶕?jù)給定電子設(shè)備10的特定要求來(lái)確定。在一個(gè)實(shí)施例中，線圈屬性可以包括在下面的表中指定的那些屬性。表在一個(gè)實(shí)施例中線圈的屬性
權(quán)利要求
1.一種配置成用于電感供電或充電的電子設(shè)備(10，40)，其包括電感接收線圈(12)，其配置成用于響應(yīng)于暴露到基本上在該接收線圈的第一側(cè)上生成的交變磁場(chǎng)而生成電流，以及軟磁屏蔽層(14)，其布置在該接收線圈的與生成磁場(chǎng)處的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上，配置成(i)屏蔽來(lái)自覆蓋物體(24，42)的磁場(chǎng)，其中該覆蓋物體(i) (a)受該磁場(chǎng)不期望地影響，或者(i) (b)造成對(duì)該磁場(chǎng)的不期望影響，以及配置成(ii)減輕在該軟磁屏蔽層和該覆蓋物體內(nèi)渦電流的形成。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述軟磁屏蔽層(14)包括厚度小于或等于一百微米 (IOOym)的超薄層。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該軟磁屏蔽層(14)包括至少一個(gè)渦電流減輕特征(22)，該渦電流減輕特征包括一些在該軟磁屏蔽層中形成的狹縫，其中該狹縫基本上平行于磁通線并且與渦電流流正交以用于對(duì)渦電流形成施加高阻抗。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該電感接收線圈(12)和該軟磁屏蔽層(14)的總厚度(34) 為小于300 μ m的量級(jí)。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該軟磁屏蔽層(14)包括選自由下述組成的群組的材料鎳鐵銅鉻合金、納米晶金屬和無(wú)定形金屬。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中該軟磁屏蔽層(14)厚度為五十微米或更小的量級(jí)。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該軟磁屏蔽層(14)包括在該接收線圈的單一側(cè)上尺寸足以覆蓋該接收線圈的形狀。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該電感接收線圈(12)包括圓形線圈，以及另外其中該軟磁屏蔽層(14)包括渦電流減輕特征(22)，該渦電流減輕特征包括在放射狀方向上從中心在該圓形接收線圈上的位置放射的狹縫。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該電感接收線圈(12)包括柔性襯底(30，32)，該柔性襯底具有集成在該柔性襯底內(nèi)的導(dǎo)電材料的線圈(20)，以及其中該軟磁屏蔽層(14)包括柔性層。
10.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該覆蓋物體(24)包括選自由下述組成的群組的其中之一 具有導(dǎo)電外殼的可再充電電池以及電子電路。
11.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該覆蓋物體(42)包括具有金屬底板的燈，另外其中該燈的金屬底板配置成用于覆蓋該屏蔽層布置，該燈響應(yīng)于生成的電流被供電。
12.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中該軟磁屏蔽層(14)中形成的狹縫(22)經(jīng)由激光切割而產(chǎn)生，其中一層軟磁屏蔽材料附連到透明粘合箔，激光能量被引導(dǎo)在期望部位朝向該軟磁屏蔽材料層，從而蒸發(fā)相應(yīng)軟磁屏蔽材料以形成該狹縫，其中該透明粘合箔保持完好。
13.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中一層軟磁屏蔽材料(14)層疊到選自由下述組成的群組的其中之一電感接收線圈(12)和印刷電路板，另外其中這層材料被蝕刻以形成具有狹縫 (22)的軟磁屏蔽層。
14.一種配置成用于電感供電或充電的電子設(shè)備(10，40)，其包括電感接收線圈(12)，其配置成用于響應(yīng)于暴露到基本上在該電感接收線圈的第一側(cè)上生成的交變磁場(chǎng)而生成電流，以及超薄軟磁屏蔽層(14)，其布置在該電感接收線圈的與生成磁場(chǎng)處的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上，配置成(i)屏蔽來(lái)自覆蓋物體(24，42)的磁場(chǎng)，其中該覆蓋物體(i) (a)受該磁場(chǎng)不期望地影響，或者(i) (b)造成對(duì)該磁場(chǎng)的不期望影響，以及配置成(ii)減輕在該屏蔽層和該覆蓋物體內(nèi)渦電流的形成，其中該屏蔽層包括小于或等于一百微米(100 μ m)的厚度，其中所述屏蔽層包括至少一個(gè)渦電流減輕特征(22)，該渦電流減輕特征包括一些在該屏蔽層中形成的狹縫，其中該狹縫基本上平行于磁通線并且與渦電流流正交以用于對(duì)渦電流形成施加高阻抗，以及其中該屏蔽層包括選自由下述組成的群組的材料鎳鐵銅鉻合金、納米晶金屬和無(wú)定形金屬。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中該覆蓋物體(24，42)包括選自由下述組成的群組的其中之一 (i)具有導(dǎo)電外殼的可再充電電池，(ii)電子電路，以及(iii)具有金屬底板的燈模塊，另外其中該燈模塊的金屬底板配置成用于覆蓋該屏蔽布置層，該燈響應(yīng)于生成的電流被供電。
16.一種用于配置電子設(shè)備(10，40)以用于電感供電或充電的方法，其包括配置電感接收線圈(12)，用于響應(yīng)于暴露到基本上在該電感接收線圈的第一側(cè)上生成的交變磁場(chǎng)而生成電流；以及在該電感接收線圈的與生成磁場(chǎng)處的第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上布置超薄軟磁屏蔽層 (14)，其配置成(i)屏蔽來(lái)自覆蓋物體(24，42)的磁場(chǎng)，其中該覆蓋物體(i) (a)受該磁場(chǎng)不期望地影響，或者(i) (b)造成對(duì)該磁場(chǎng)的不期望影響，以及配置成(ii)減輕在該屏蔽層和該覆蓋物體內(nèi)渦電流的形成，其中該屏蔽層包括小于或等于一百微米(100 μ m)的厚度。
17.權(quán)利要求16的方法，其中布置所述屏蔽層(14)包括提供至少一個(gè)渦電流減輕特征 (22)，該渦電流減輕特征包括一些在該屏蔽層中形成的狹縫，其中該狹縫基本上平行于磁通線并且與渦電流流正交以用于對(duì)渦電流形成施加大阻抗。
18.權(quán)利要求17的方法，其中經(jīng)由激光切割產(chǎn)生在該軟磁屏蔽層(14)中形成的狹縫 (22)，其中一層軟磁屏蔽材料附連到透明粘合箔，激光能量被引導(dǎo)在期望部位朝向該軟磁屏蔽材料層，從而蒸發(fā)相應(yīng)軟磁屏蔽材料以形成狹縫，其中該透明粘合箔保持完好。
19.權(quán)利要求16的方法，其中該電感接收線圈(12)和該超薄軟磁屏蔽層(14)的總厚度(34)是在小于300 μ m的量級(jí)，以及其中該超薄軟磁屏蔽層包括選自由下述組成的群組的材料鎳鐵銅鉻合金、納米晶金屬和無(wú)定形金屬。
20.權(quán)利要求16的方法，其中該覆蓋物體(24，42)包括選自由下述組成的群組的其中之一 (i)具有導(dǎo)電外殼的可再充電電池，( )電子電路以及(iii)具有金屬底板的燈模塊，另外其中該燈模塊的金屬底板配置成用于覆蓋該屏蔽層布置，該燈響應(yīng)于生成的電流而被供電。
全文摘要
電感供電或充電的電子設(shè)備(10，40)具有接收線圈(12)，金屬物體(24，42)可以放置在該接收線圈上而不導(dǎo)致線圈的磁場(chǎng)的劣化并且不在金屬物體內(nèi)生成熱量。厚度為50μm或更小的超薄柔性高磁導(dǎo)率金屬箔(14)被提供作為線圈和物體之間的屏蔽層。放射狀狹縫(22)被提供在屏蔽層中，該狹縫抑制該層內(nèi)不希望的渦電流以減小功率轉(zhuǎn)移損耗和熱量生成。
文檔編號(hào)H01F27/36GK102428622SQ201080021913
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者瓦芬-施密特 E. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司