配备有无线充电发送部或接收部的装置用金属外框的制作方法

文档序号:11206732
配备有无线充电发送部或接收部的装置用金属外框的制造方法

本发明涉及一种配备有无线充电发送部或接收部的装置用金属外框,尤其涉及一种适用于配备有无线充电发送部或接收部的装置中的金属外框,上述金属外框在至少一部分区域形成有多个穿孔,上述穿孔的直径为亚nm~几μm,且从上述穿孔中的一个穿孔的外周面上任意一点A到与上述穿孔相邻的另一穿孔的外周面上任意一点B的平均距离小于与上述金属外框的金属材质对应的集肤深度(skin depth),且上述A和B分别为对应的各个穿孔的外周面中相隔距离最远的点。



背景技术:

近年来,无线充电技术得到了快速发展并被广泛应用于手机等日常生活电气设备。如上所述的无线充电也被称之为非接触充电,大体上分为电磁感应方式和磁共振方式等两种。电磁感应方式的充电技术是指,利用位于充电板和手机内部的两个线圈形成感应电流并借此对电池进行充电的方式,而磁共振方式是指通过向相距1~2m的收发信端发送相同频率的电力而进行充电的方式。

其中,电磁感应方式能够适用于手机、笔记本电脑等移动设备和电动汽车等,属于目前最为大众化的技术,能够使用几百kHz~几十MHz的频率,尤其在对手机进行无线充电时主要使用100~300kHz的频率。

同时,手机等移动设备的制造商为了性能的最大化而通过不懈的技术开发实现了技术的尖端化,所以在不同制造商的设备之间已经没有了明显的性能差异。因此,外观设计方面的因素显得越来越重要,而构成设备外观的外框材质的选择也成为了备受关注的焦点。

即,虽然目前为止为了实现轻量化目标而主要使用塑料材质制作移动设备,但是能够利用塑料材质实现的高级质感也已经达到了极限状态。因此,已经有企业开始尝试使用能够体现各种丰富的质感且在耐久性方面也非常优秀的金属外框。虽然在轻量化方面相对于塑料材质有着些许不足,但是其优秀的设计效果能够消弭在重量方面形成的差异。

因为移动设备主要搭载的如近距离无线通信(NFC)、三星支付等各种支付手段能够在可穿透金属的频段下工作,所以在选择设备的外框材质时并不需要考虑这些问题,但在无线充电用的频段下可能会因为其金属的屏蔽效果而无法正常实现无线充电。

即,作为无线充电技术的功能之一,包括一种通过发送部和接收部之间的数字反馈而对接收部附近的潜在危险诱发金属物体进行检测的功能,这被称之为异物检测功能(Foreign Object Detection,FOD),在检测到异物时将中断电力传送。目前为止主要使用的设备用外壳为塑料材质,这种塑料等绝缘体因为电力线无法穿过而不会产生热量或只会产生较少的热量,从而防止异物检测功能启动,所以在使用如上所述的塑料外框时不会对无线电力传送造成任何干扰。

此时的异物检测标准为当线圈中形成电磁波时在异物(金属)中所产生的热量(温度),通过对上述异物(金属)中所产生的温度进行检测,当其温度超过特定的标准(约60℃)时无线充电系统将中断电力传送。所以,在搭载有无线充电发送器或接收器的装置中,具有无法适用金属材质外框的问题。

因此,为了使移动设备等各种装置的外观能够迎合使用金属外框的主流趋势,急需开发出一种在使用上述金属外框的情况下仍然能够实现无线充电的外框。

[先行技术文献]

[专利文献]

韩国公开专利第2014-0008130号

韩国公开专利第2014-0008273号

韩国公开专利第2014-0104242号

韩国公开专利第2014-0113147号



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决上述现有问题而提供一种配备有无线充电发送部或接收部的装置用金属外框,在将包括无线充电接收器从而能够进行无线充电的如移动设备等的外观从塑料变更为质感更为优秀高级且耐久性更为优秀的金属外框的同时,仍然能够实现无线充电。

此外,本发明的另一目的在于提供一种配备有无线充电发送部或接收部的装置用金属外框,通过在金属外框中形成大小极小的穿孔,能够避免金属外框的耐久性下降。

技术方案

为了实现上述目的,本发明提供一种适用于配备有无线充电发送部或接收部的装置中的金属外框,其特征在于:上述金属外框在至少一部分区域形成有多个穿孔,上述穿孔的直径为亚nm~几μm,且从上述穿孔中的一个穿孔的外周面上任意一点A到与上述穿孔相邻的另一穿孔的外周面上任意一点B的平均距离小于与上述金属外框的金属材质对应的集肤深度(skin depth),且上述A和B分别为对应的各个穿孔的外周面中相隔距离最远的点。

上述穿孔利用激光进行加工为宜。

上述金属外框在任意位置上的厚度小于上述集肤深度(skin depth)为宜。

上述金属外框使用铝材质为宜。

上述金属外框的表面在形成穿孔之后进行阳极氧化(anodizing)处理为宜。

上述金属外框安装在装置中对无线充电发送部或接收部的主发送方向或主接收方向进行屏蔽的位置为宜。

此外,本发明提供一种适用于配备有无线充电发送部或接收部的装置中的金属外框,其特征在于:上述金属外框在至少一部分区域形成至少一个连成一体的狭缝,上述狭缝的宽度为亚nm~几μm,且从上述狭缝中的任意一点C到与上述狭缝相邻的另一狭缝的任意一点中距离最近的点D的平均距离小于与上述金属外框的金属材质对应的集肤深度(skin depth),且上述C和D分别为各个狭缝的外周面中相对较远一侧的外周面中的任意点。

上述狭缝利用激光进行加工为宜。

有益效果

通过如上所述的本发明,在将包括无线充电接收器从而能够进行无线充电的移动设备等的外观从塑料变更为质感更为优秀高级且耐久性更为优秀的金属外框的同时,仍然能够实现无线充电。

此外,本发明通过在金属外框中形成大小极小的穿孔,能够避免金属外框的耐久性下降。

附图说明

图1是适用本发明之一实施例的手机用金属外框及其表面放大图。

图2是适用本发明之一实施例的金属外框表面激光加工方法的说明示意图。

图3是适用本发明之一实施例的金属外框表面所形成穿孔之间的距离中最远距离的说明示意图。

图4是适用本发明之一实施例的金属外框表面所形成多个相邻穿孔之间的距离的说明示意图。

图5是适用本发明之一实施例的金属外框厚度的示意截面图。

图6是适用本发明之一实施例的金属外框中手机的电力接收方向和金属外框的位置以及电力发送装置的电力发送方向和金属外框的位置的示意截面图。

图7是适用本发明之另一实施例的手机用金属外框及其表面放大图。

图8是适用本发明之另一实施例的金属外框表面所形成狭缝宽度以及狭缝间距离中最近距离的说明示意图。

图9是适用本发明之另一实施例的狭缝间各种距离的说明示意图。

图10是适用本发明之又一实施例的手机用金属外框及其表面放大图。

附图标记的说明

10:设备(装置)

100:金属外框

101:穿孔

102,103:狭缝

106:接收部线圈

107:发送部线圈

108:电力发送装置

具体实施方式

下面,将以附图及较佳实施例为基础进行详细的说明。此外在对本发明进行说明的过程中,如果认为对相关公知构成或功能的具体说明可能会导致本发明的要旨变得不清晰,则将省略相关的详细说明。

在对本发明进行说明的过程中所定义的术语,均是考虑到在本发明中的功能的前提下做出的定义,可能根据从事相关领域工作的技术人员的意图或者惯例等而有所不同,因此其实际定义应以本说明书中的全部内容为基础做出。

本发明中的金属外框主要是指构成对象设备外观的最终外框(外罩),但并不限定于此,也能够是最终外框内部的D型罩,还能够是其他构成设备所需的所有形态的外框。下面,将以最终外框为主进行说明。

此外,本说明书中的设备或装置包括如手机等接收电力的装置和如充电器等发送电力的装置。

图1是适用本发明之一实施例的手机用金属外框及其表面放大图,图2是适用本发明之一实施例的金属外框表面激光加工方法的说明示意图。

如图所示,适用本发明的一实施例的特征在于,在手机的外罩中形成多个亚nm至几μm大小的穿孔。此外,在上述手机的主体内部还包括用于执行无线充电的接收部线圈。

多个几μm以下大小的穿孔很难通过肉眼观察,所以形成上述大小穿孔的金属外壳在表面上很难与没有形成穿孔的金属外框区分。

之所以将穿孔的大小限制在几μm以下,是因为当穿孔大于上述大小而能够通过肉眼识别时,形成上述穿孔的外框自身的质感会有非常大的变化,且外框表面的设计的表现力或传达力也会因此受限。所以,为了实现没有穿孔似的金属外框之感,需要对穿孔的大小进行如上所述的限制。

上述穿孔的直径与后续说明的狭缝之间的宽度都能够以亚nm为下限值进行加工,目前这是激光加工能够实现的限界,但伴随日后激光加工技术的发展,上述下限值还能够进一步降低。

此外,上述穿孔的形状能够是如圆形,也能够是多边形、不定形等,上述穿孔的形状并不受到特殊限制。

图3是适用本发明之一实施例的金属外框表面所形成穿孔之间的距离中最远距离的说明示意图,图4是适用本发明之一实施例的金属外框表面所形成多个相邻穿孔之间的距离的说明示意图。

如图所示,上述穿孔和与其相邻的其他穿孔之间的距离需要遵守一些限制,即从一个穿孔的外周面上任意一点到与其相邻穿孔的外周面上任意一点的距离中的最远距离应小于后续说明的集肤深度(skin depth)。

集肤深度是以平均值为基准,在图3中通过D1、D2、D3的平均值判断集肤深度。其中,作为集肤深度标准的传空间的距离能够采取如图4所示的多种测定方式。此外,上述最远距离的平均值即为最大值,而上述最大值应小于集肤深度。

其中,集肤深度是与电力传送相关的已确定的理论,虽然不需要进行详细说明,但是为了便于本发明的理解下面将进行简单的说明。

集肤深度是指电磁波渗透到物质内部的平均深度,也被称之为穿透深度(penetration depth)。

集肤深度与集肤效应(skin effect)相关,而集肤效应是指当有交流电流过导体时相对于中央部分,越趋于表面其电流密度越高的倾向。假定导体为圆筒形,则在有交流电流沿着导体的长度方向流动时,到体内的电流密度分布并不均匀。这是因为在导体中心部与电流交链的次数数量较多,从而导致部分区域的感应系数变大。频率或导体的截面积以及导电率越高,集肤效应就越明显。

当假定电流(electric current)I流过导线时,导线中将形成磁场(magnetic field)。当上述磁场随着时间发生变化时,根据法拉第电磁感应定律(Faraday's law of electromagnetic induction),将沿着阻碍上述磁场变化的方向形成电动势(electromotive force)。在上述电动势下形成的电流Iw被称之为涡电流(eddy current)。理论上,当将上述涡电流与原电流相加时,在其中心将减小(I-Iw)而在表面将增加(I+Iw)。因此,导线内部的磁场将急速减小。所以,在上述现象的作用下将必然发生如上所述的集肤效应。

不同的物质都具有表面上的上述效果变得突出的固有极限深度,这种集肤深度是规定物质(材料)特性的重要指标。

如上所述,不同的物质具有其固有的集肤深度值,但即使是相同的物质,在频率不同时其集肤深度也将发生变化,具体是两者之间形成反比例关系。

例如以能够进行无线电力传送的100kHz频段为基准测定集肤深度时,铝(Al)约为270μm,铜(Cu)约为200μm,钢(steel 401)约为30μm,铁硅合金(Fe-Si)约为7.5μm,铁镍合金(Fe-Ni)约为1.3μm。

即,在以100kHz的频率传送交流电力时,等于或小于上述集肤深度的区域中的集肤效应比较突出,且越趋于表面其电流的强度就越高。反过来讲,是指在相同电压(V)条件下的电阻(R)更小。本发明的特征在于,将金属外框加工成整个金属外框区域的上述电阻(R)均较小的状态。

如上所述,在利用异物检测功能(FOD)对异物进行检测时,是根据从异物测定到的温度来判断其是否属于异物。只要异物不是纯绝缘体,否则上述温度与电流流过异物时的电阻大小呈正比,而上述电阻与异物的电气特性、大小、厚度等相关。

例如,假设能够降低异物的电阻值,则通电时在异物中产生的温度也将随之降低,从而使得异物检测功能不会将其识别为异物。

金属通常属于导体,在通电时可能会根据其大小或厚度而形成一定的电阻,因此在利用金属材质制作外框并将其作为例如手机的最终外框(外罩)使用时,如上所述,异物检测功能会将其识别为异物并中断用于进行无线充电的电力传送。

但是根据上述集肤深度理论可以得知,在其深度限界内(例如在圆筒形导线的表面附近)的电流流动比较流畅即电阻值比较低,而与此相反,在电流流动相对不流畅的超出限界的深度(例如在圆筒形导线的中心部)中其电阻比较高,所以只要在设计时能够充分考虑金属外框的上述集肤深度,就能够避免异物检测功能将上述金属外框识别为异物,本发明正是基于上述原理研发。

即,金属外框中形成穿孔的部分为空气存在的区域即被视为绝缘体,而存在于穿孔之间的金属外框区域即通电区域与上述集肤深度相关。即,对从形成于金属外框的穿孔的外周面上任意一点到与其相邻的穿孔的外周面上任意一点之间的距离进行测定时,使其最长测定距离小于集肤深度。通过上述方式,在所有通电路径(金属区域)中的任意一点,其穿孔之间的距离均小于集肤深度,所以在整个金属外框区域均会出现如上所述的集肤效应(skin effect)。

所以,通过上述方式加工的金属外框会在通电时呈现出在图像检测功能中所预设的基准以下的温度值,所以在无线充电方面不会受到任何限制。

而且在需要时,还能够将上述图像检测功能中作为基准的温度值设定为从通过上述方式加工的金属外框中测定到的温度值。这是因为即使进行如上所述的调整,只要使用集肤效应就能够避免温度上升至难以正常使用手机等的程度。

如上所述的穿孔形成区域能够适用于整个金属外框中,也能够根据需要仅在配备有无线充电接收用或发送用线圈的区域局部形成。

图5是适用本发明之一实施例的金属外框厚度的示意截面图。各点上的厚度分别为W1、W2、W3。

上述集肤效应适用于金属外框的整个区域为宜,如图所示,不仅是穿孔之间的距离,金属外框整个区域的厚度均被设定为上述集肤深度以下为宜。

当然,如果即使在不满足上述厚度值的情况下所测定到的温度仍然低于异物检测功能所允许的最大温度,则并不一定要将集肤深度适用于整个金属外框。

图6是适用本发明之一实施例的金属外框中手机的电力接收方向和金属外框的位置以及电力发送装置的电力发送方向和金属外框的位置的示意截面图。

如图所示,金属外框被安装在手机和电力传送装置中对无线充电发送部或接收部的主发送方向或主接收方向进行屏蔽的位置。其中,在通过本发明中的方法进行加工之前的金属外框具有屏蔽功能,但是通过本发明中的方法进行加工之后的金属外框在异物检测功能中会被识别为绝缘体,因此不再具有如上所述的屏蔽功能。即,能够通过形成穿孔的区域和没有形成穿孔的区域同时传递电力。

图7是适用本发明之另一实施例的手机用金属外框及其表面放大图,图8是适用本发明之另一实施例的金属外框表面所形成狭缝宽度以及狭缝间距离中最近距离的说明示意图,图9是适用本发明之另一实施例的狭缝间各种距离的说明示意图,图10是适用本发明之又一实施例的手机用金属外框及其表面放大图。

如图所示,在适用本发明的另一实施例中还能够通过在金属外框形成狭缝而使其实现无线充电。关于集肤深度相关的理论,与在上述穿孔中适用的理论相同。但是,在适用本发明的另一实施例中导入了狭缝而非穿孔,上述狭缝能够由连续的一个构成也能够由断续并相邻的多个构成。

图7至图10所示的是连续的一个狭缝,由圆形或矩形的盘旋线构成。上述不间断连接的盘旋线构成一条连续的狭缝,而如果中间有断续则构成多条狭缝。但是当狭缝断续时,断开的两条狭缝即为相邻狭缝,而断开点之间的距离即为相邻狭缝之间的距离,此时代表最近距离的距离应小于集肤深度,或在大于集肤深度时应使可整体测定出的距离平均值应小于集肤深度。

此外,上述狭缝的宽度为亚nm至几μm,采取与穿孔相同的激光加工方式。

从上述狭缝中的任意一点C到与上述狭缝相邻的另一狭缝的任意一点B的距离中最近距离的平均值,应小于与上述金属外框的金属材质对应的集肤深度(skin depth)。图8中的E1值代表最近距离,而E2、E3代表相对较远的距离。其距离从大到小依次为E2、E3、E1。图9中图示了多个狭缝之间的最小宽度,例如所图示的E4~E8的平均值应小于集肤深度。其中用于导出平均集肤深度的狭缝间最小值的数量,可能根据具体情况有很多个。

但是在对如上所述的狭缝间距离进行测定时,上述C和D如图8所示,选择各狭缝的外周面中位于相对较远一侧的外周面上的任意点G、G'为宜。

此外,上述狭缝采用与穿孔相同的激光加工方式。

当形成上述穿孔或狭缝的金属外框使用铝材质时,为了体现出丰富的表面设计图案而能够对其进行阳极氧化(anodizing)处理。阳极氧化是指在铝的表面形成铝氧化薄膜的处理,因为在其表面形成丰富的气孔和纤维状结构,因此便于各种颜色的染色并有利于表面设计图案的形成。

在阳极氧化处理过程中所形成的氧化膜,也有可能在穿孔或狭缝内形成。但是因为穿孔和狭缝内的空间能够被视为绝缘体,因此即使是同样作为绝缘体的氧化薄膜层存在于穿孔或狭缝内部,也不会造成任何问题。即,不会成为对无线充电功能造成干扰的要素。但是,为了提高其工程效率,在完成穿孔或狭缝的形成工程之后再执行阳极氧化处理工程为宜。

在本发明中,对使用通过如上所述的方式进行穿孔和/或狭缝加工处理的金属外框作为装置的外壳进行组装之后实施无线充电时所测定出的温度进行了调查,并将其与使用没有进行穿孔和/或狭缝加工的金属外框作为外罩时所测定到的温度进行了比较。

比较结果显示,适用本发明的金属外框在充电5分钟之后的温度约为55℃,但没有形成穿孔和/或狭缝的金属外框在充电不足3分钟时的温度就达到了70℃以上。

由此可以看出,适用本发明的金属外框能够充分适用于配备有无线充电系统的设备外观外框。

上面结合实施例对本发明进行了详细的说明,但本发明并不局限于上面所公开的实施例,能够在不脱离本发明之技术思想的范围内进行各种变形。因此,在本发明中所公开的实施例仅用于进行说明而非对本发明之技术思想的限定,本发明之技术思想的范围并不限定于上面所公开的实施例。本发明的保护范围应通过权利要求书做出解释,包含在与其同等范围内的所有技术思想均应被解释为包含在本发明的权利要求范围之内。

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