无线电力发送设备和软磁基底的制作方法

技术领域

本发明涉及无线充电，更具体地，涉及被包括在无线充电系统中的无线电力发送设备。

背景技术：

随着无线通信技术的进步，将电力无线地发送至电子装置的无线电力发送/接收技术已经受到更多的关注。该无线电力发送/接收技术可以多样化地不仅被应用于移动终端的电池充电，而且被应用于向家用电器、电动汽车或地铁的电力输送。

无线电力发送/接收技术使用磁感应或磁谐振的基本原理。无线电力发送设备使用磁感应或磁谐振的基本原理并且将电力无线地发送至无线电力接收设备。在此，无线电力发送设备的发送天线可以包括金属基底、被布置在金属基底上的软磁基底以及被布置在软磁基底上的发送线圈。

在这种情况下，为了增大电力发送和接收的效率，需要使无线电力发送设备与无线电力接收设备之间的电力损耗最小化。

技术实现要素：

本发明的实施方式提供了无线电力发送设备的软磁基底的结构。

根据本发明的一个方面，无线充电系统的无线电力发送设备包括发送线圈和软磁基底，软磁基底的一侧被配置成容纳发送线圈，并且与发送线圈的形状相对应的凹槽被形成在被配置成容纳发送线圈的该一侧。

凹槽可以包括被配置成围绕发送线圈的外周(outer circumference)的壁。

凹槽可以包括至少一个突出面。

突出面可以被发送线圈的内周(inner circumference)围绕。

发送线圈可以包括第一发送线圈、与第一发送线圈平行地布置的第二发送线圈以及布置在第一发送线圈和第二发送线圈上的第三发送线圈。

凹槽可以包括被配置成围绕第一发送线圈的外周的至少一部分、第二发送线圈的外周的至少一部分以及第三发送线圈的外周的至少一部分的壁。

凹槽还可以包括被第一发送线圈的内周和第三发送线圈的外周围绕的第一突出面、被第二发送线圈的内周和第三发送线圈的外周围绕的第二突出面、以及被第一发送线圈的外周、第二发送线圈的外周和第三发送线圈的内周围绕的第三突出面。

还可以在壁中形成诱导凹槽，诱导凹槽被配置成诱导第一发送线圈、第二发送线圈和第三发送线圈的端子。

软磁基底可以包括具有金属粉末和聚合物树脂的复合物。

复合物可以包括铁硅铝合金粉末/薄片和铁硅铬合金粉末/薄片中至少之一以及乙烯聚合物(polyvinyl，PV)基树脂、聚乙烯(PE)基树脂和聚丙烯(PP)基树脂中至少之一。

软磁基底可以通过复合物的注射成型来整体地形成。

根据本发明的另一方面，无线电力发送设备的软磁基底包括被配置成容纳发送线圈的一侧，其中在被配置成容纳发送线圈的该侧形成与发送线圈的形状像对应的凹槽。

根据一个实施例，提供一种无线电力发送设备，包括：第一发送线圈；第二发送线圈；在第一发送线圈和第二发送线圈上的第三发送线圈；以及容纳第一发送线圈、第二发送线圈和第三发送线圈的软磁基底。软磁基底包括：围绕第一发送线圈的外周的一部分和第二发送线圈的外周的一部分的壁；围绕第三发送线圈的外周的第一部分的第一突出部；以及围绕第三发送线圈的外周的第二部分的第二突出部。

根据另一个实施例，提供一种容纳第一发送线圈、第二发送线圈和第三发送线圈的软磁基底，包括：围绕第一发送线圈的外周的一部分和第二发送线圈的外周的一部分的壁；围绕第三发送线圈的外周的第一部分的第一突出部；围绕第三发送线圈的外周的第二部分的第二突出部；以及布置在第一发送线圈和第二发送线圈之间的第三突出部。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例实施方式，对本领域中普通技术人员而言，本发明的上面的以及其它的目标、特征和优点将变得明显，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的无线充电系统的图；

图2是示出根据本发明的实施方式的无线充电系统的无线电力发送和接收方法的图；

图3是根据本发明的实施方式的发送感应线圈的等效电路图；

图4是根据本发明的实施方式的无线电力发送设备和电源的等效电路图；

图5是根据本发明的实施方式的无线电力接收设备的等效电路图；

图6是被包括在根据本发明的实施方式的无线电力发送设备中的软磁基底和发送线圈的俯视图；

图7是根据本发明的实施方式的软磁基底和发送线圈的截面图；

图8是根据本发明的实施方式的软磁基底的俯视图；

图9是根据本发明的实施方式的发送线圈的俯视图；

图10是被包括在根据本发明的另一实施方式的无线电力发送设备中的软磁基底和发送线圈的俯视图；

图11是根据本发明的另一实施方式的软磁基底和发送线圈的截面图；

图12是根据本发明的另一实施方式的软磁基底的俯视图；以及

图13是根据本发明的另一实施方式的发送线圈的俯视图。

具体实施方式

虽然本发明容许各种修改和替选实施方式，但是描述了并在图中以示例示出了其具体实施方式。然而，应当理解的是，并不意在将本发明限于所公开的特定实施方式，相反，本发明要涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替选。

应当理解的是，虽然包括序数的术语如“第一”、“第二”等在本文中可以用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分。例如，在不偏离本发明的概念的教示的情况下，可以将第二元件命名为第一元件，类似地，也可以将第一元件命名为第二元件。术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或更多个的任意组合及所有组合。

当一个元件被称为“连接至”或“耦合至”另一元件时，不仅其可以直接连接或耦合至该另一元件，而且也可以理解为可以存在中介元件。相反，当一个元件被称为“直接连接至”或“直接耦合至”另一元件时，不存在中介元件。贯穿全文，相似的附图标记指代相似的元件。

本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并不意在限制本发明的概念。如本文所使用的，除非上下文另行明确指出，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”意在也包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”时，指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。

除非另外定义，否则本文中所使用的包括技术术语和科技术语的所有术语具有与本发明的概念所属领域中的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还应当理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的这些术语应当被理解为具有与在相关领域的背景下它们的意思一致的意思，而不应当以理想化的或过于形式的含义被理解，除非在本文中清楚地这样定义。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式，与图中的数字无关，相同或相应的元件被分配相同的数字，并且将省略重复的描述。

图1是根据本发明的实施方式的无线充电系统的图。

参照图1，无线充电系统10包括电源100、无线电力发送设备200、无线电力接收设备300和负载终端400。

无线电力发送设备200连接至电源100并且从电源100接收电力。此外，无线电力发送设备200将电力无线地发送至无线电力接收设备300。在这种情况下，无线电力发送设备200可以使用电磁感应法或谐振法发送电力。

无线电力接收设备300从无线电力发送设备200无线地接收电力。无线电力接收设备300也可以使用电磁感应法或谐振法接收电力。此外，无线电力接收设备300将所接收的电力提供至负载终端400。

图2是示出根据本发明的实施方式的无线充电系统的无线电力发送和接收方法的视图。

参照图2，无线电力发送设备200可以包括发送感应线圈210和发送谐振线圈220。无线电力接收设备300可以包括接收谐振线圈310、接收感应线圈320和整流单元330。

电源100可以生成具有预定的频率的交流(AC)电力并且将AC电力提供给无线电力发送设备200的发送感应线圈210。

此外，由发送感应线圈210生成的AC可以在与发送感应线圈210电感耦合的发送谐振线圈220中被感应。然后，被输送至发送谐振线圈220的电力可以通过频率谐振法被传送至具有与无线电力发送设备200的谐振频率相同的谐振频率的无线电力接收设备300。

可以通过谐振在两个阻抗匹配的LC电路之间传送电力。

因此，AC可以流经接收谐振线圈310并且可以在与接收谐振线圈310电感耦合的接收感应线圈320中被感应。被传送至接收感应线圈320的电力可以通过整流单元330被整流并且被输送至负载终端400。

在图2中，虽然描述了使用频率谐振法将电力从无线电力发送设备200传送至无线电力接收设备300的示例，但是该示例不限于此。无线电力发送设备200和无线电力接收设备300可以使用电磁感应法传送电力。

当使用电磁感应法传送电力时，可以省略图2的被包括在无线电力发送设备200中的发送谐振线圈210和被包括在无线电力接收设备300的接收谐振线圈310。

图3是根据本发明的实施方式的发送感应线圈的等效电路图。

参照图3，发送感应线圈210包括电感器L1和电容器C1，并且电感器L1的两端可以分别连接至电容器C1的两端。

在此，电容器C1可以是可变电容器，并且在调节电容器C1的电容的情况下进行阻抗匹配。虽然发送谐振线圈220、接收谐振线圈310和接收感应线圈320的等效电路图也可以类似于发送感应线圈210的等效电路图，但是等效电路图不限于此。

图4是根据本发明的实施方式的电源和无线电力发送设备的等效电路图。

参照图4，发送感应线圈210和发送谐振线圈220可以分别包括具有电感值的电感器L1和L2并且分别包括具有电容值的电容器C1和C2。

图5是根据本发明的实施方式的无线电力接收设备的等效电路图。

参照图5，接收谐振线圈310和接收感应线圈320可以分别包括具有电感值的电感器L3和L4并且分别包括具有电容值的电容器C3和C4。

整流单元330可以将从接收感应线圈320输送的AC电力转换成直流(DC)电力，并且将经转换的DC电力输送至负载终端400。

具体地，整流单元330可以包括整流器和平滑电路(未示出)。虽然整流器(例如，其可以是硅整流器)可以被等效地表示为二极管D1，但是整流器不限于此。整流器可以将从接收感应线圈320输送的AC电力转换成DC电力。平滑电路可以消除在整流器中转换的DC电力中包括的交流元素，并且输出平滑的DC电力。虽然平滑电路例如可以等效地被表示为C5，但是平滑电路不限于此。

负载终端400可以是电池或具有内置电池的装置。

另外，质量因子在无线电力传输中具有重要的含义。质量因子(Q)指示可以在无线电力发送设备200或无线电力接收设备300周围累积的能量的指标。质量因子(Q)可以依赖于工作频率(w)、线圈的形状、大小、材料等而变化，并且可以被表示为下面的等式1。

[等式1]

Q＝w*Ls/Rs

在此，Ls是线圈电感，Rs表示与在线圈本身中发生的电力损耗相对应的电阻。

质量因子(Q)的值可以是从0到无限大，并且当质量因子(Q)变大时，可以实现无线电力发送设备200与无线电力接收设备300之间的电力传输的高效率。

根据本发明的实施方式，意在通过将发送线圈容纳在被形成在软磁基底中的凹槽中来增大质量因子(Q)。

图6是根据本发明的实施方式的无线电力发送设备中包括的软磁基底和发送线圈的俯视图。图7是根据本发明的实施方式的软磁基底和发送线圈的截面图。图8是根据本发明的实施方式的软磁基底的俯视图。图9是根据本发明的实施方式的发送线圈的俯视图。在此，发送线圈可以是发送感应线圈和发送谐振线圈中至少之一。

参照图6至图9，软磁基底300容纳发送线圈610。如图9中所示，发送线圈610可以具有平面上的线绕形状如螺线(spiral)或螺旋(helical)形状。虽然发送线圈610可以具有圆形、跑道形、矩形形状、三角形形状或圆角多边形形状，但是发送线圈610不限于此。

为了使软磁基底600容纳发送线圈610，可以在软磁基底600的一侧形成与发送线圈610的形状对应的凹槽。该凹槽可以包括容纳面602和壁604，在容纳面602中布置发送线圈610的一侧，壁604被配置成围绕发送线圈610的外周612。当软磁基底600的壁604围绕发送线圈610的外周612时，朝向发送线圈610的一侧的磁通量被壁604的屏蔽效应减小，并且朝向接收线圈的方向的磁通量变大。从而，无线电力发送设备与无线电力接收设备之间的电力传输效率变大。此外，由于软磁基底600的壁604防止发送线圈610的分离，所以可以提高无线电力发送设备的耐用度。相应地，壁604的高度可以是发送线圈610的厚度的1/2至2倍。

软磁基底600的凹槽还可以包括突出面606。突出面606可以被发送线圈610的内周614围绕。也就是说，突出面606可以在发送线圈610的中间的空区域内突出。如上所述，当突出面606被发送线圈610的内周614围绕时，朝向发送线圈610的一侧的磁通量由于突出面606的屏蔽效应而减小，并且朝向接收线圈的方向的磁通量变大。此外，由于在突出面606的面积变大的情况下突出面606的磁性变强，所以可以提高无线电力接收设备的识别率。

另外，还可以在软磁基底600的壁604中形成被配置成诱导发送线圈610的端子T1和T2的诱导凹槽G。

图10是根据本发明的另一实施方式的无线电力发送设备中包括的软磁基底和发送线圈的俯视图。图11是根据本发明的另一实施方式的软磁基底和发送线圈的截面图。图12是根据本发明的另一实施方式的软磁基底的俯视图。图13是根据本发明的另一实施方式的发送线圈的俯视图。在此，发送线圈可以是发送感应线圈和发送谐振线圈中至少之一。

参照图10至图13，软磁基底1000容纳发送线圈1010、1020和1030。图如13中所示，发送线圈1010、1020和1030各自可以具有平面上的线绕形状如螺线或螺旋形状。虽然发送线圈1010、1020和1030各自可以具有圆形、跑道形、矩形形状、三角形形状或圆角多边形形状，但是其不限于此。发送线圈1010和发送线圈1020被平行地布置，并且发送线圈1010的中心和发送线圈1020的中心可以具有预定的距离d12。此外，发送线圈1030可以被布置在发送线圈1010和发送线圈1020上。例如，发送线圈1030可以被布置成与发送线圈1010和发送线圈1020正交，并且发送线圈1010的中心和发送线圈1030的中心可以具有预定的距离d13，并且发送线圈1020的中心和发送线圈1030的中心可以具有预定的距离d23。

为了使软磁基底1000容纳发送线圈1010、1020和1030，与所布置的发送线圈1010、1020和1030的形状相对应的凹槽可以被形成在软磁基底1000的一侧。该凹槽可以包括容纳面1002和壁1004，在容纳面1002中布置发送线圈1010和1020的各自的一侧，壁1004被配置成围绕发送线圈1010、1020和1030的外周1012、1022和1032。例如，壁1004可以围绕发送线圈1010的外周1012的至少一部分、发送线圈1020的外周1022的至少一部分以及发送线圈1030的外周1032的至少一部分。当软磁基质1000的壁1004围绕发送线圈1010、1020和1030的外周1012、1022和1032时，朝向发送线圈1010、1020和1030侧的磁通量由于壁1004的屏蔽效应而减小，并且朝向接收线圈的方向的磁通量变大。从而，无线电力发送设备与无线电力接收设备之间的电力传输效率变大。此外，由于软磁基底1000的壁1004防止发送线圈1010、1020和1030的分离，所以可以提高无线电力发送设备的耐用度。相应地，壁1004的高度可以是发送线圈1010、1020和1030的各自的厚度的1/2至2倍。

软磁基底1000的凹槽还可以包括突出面1006、1007和1008中至少之一。突出面1006可以被发送线圈1010的内周1014和发送线圈1030的外周1032围绕，突出面1007可以被发送线圈1020的内周1024和发送线圈1030的外周1032围绕，并且突出面1008可以被发送线圈1010的外周1012、发送线圈1020的外周822和发送线圈1030的内周1034围绕。如上所述，当突出面1006、1007和1008被发送线圈1010、1020和1030围绕时，朝向发送线圈1010、1020和1030各自侧的磁通量由于突出面1006、1007和1008的屏蔽效应而减小，并且朝向接收线圈的方向的磁通量变大。此外，由于在突出面1006、1007和1008的面积变大的情况下突出面1006、1007和1008的磁性变强，所以可以提高无线电力接收设备的识别率。

另外，在软磁基底1000的壁1004中，还可以形成被配置成诱导发送线圈1010、1020和1030的端子T11、T12、T21、T22、T31和T32的诱导凹槽。在这种情况下，被配置成诱导发送线圈1010的端子T11和T12的诱导凹槽和被配置成诱导发送线圈1020的端子T21和T22的诱导凹槽可以被形成在与在其中形成有被配置成诱导发送线圈1030的端子T31和T32的诱导凹槽的壁正交的壁中。相应地，虽然发送线圈1030被布置成与发送线圈1010和发送线圈1020正交，但是可以使用具有相同的线绕形状的线圈。从而，可以降低生产成本。

然而，诱导凹槽不限于此，并且诱导凹槽可以根据发送线圈1010、1020和1030的布置以及无线电力发送设备的结构而多样化地形成。也就是说，发送线圈1010、1020和1030的每个诱导凹槽可以被形成在同一壁中，或者可以被形成在不同的壁中。发送线圈1010、1020和1030的每个诱导凹槽可以被形成为穿过软磁基底1000的容纳面1002的至少一部分。

此外，为了方便描述，虽然简单地描述了被布置在软磁基底上的一个发送线圈或三个发送线圈的示例，但是该示例不限于此。也可以当在软磁基底上布置两个发送线圈的情况下应用本发明的实施方式。例如，将一个发送线圈堆叠在另一发送线圈上，以及可以按照一致的长轴的方向布置两个发送线圈。在这种情况下，每个发送线圈的中心可以具有预定距离的间隔。也可以在按照阵列形状相互平行地布置至少两个发送线圈的情况下应用本发明的实施方式。

另外，根据本发明的实施方式，软磁基底可以通过单个金属或包括合金粉末/薄片和聚合物树脂的复合物的注射成型来整体地成型。例如，复合物可以包括重量百分比83％至87％的铁硅铝合金粉末/薄片和铁硅铬合金粉末/薄片中至少之一以及重量百分比13％至17％的乙烯聚合物(PV)基树脂、聚乙烯(PE)基树脂和聚丙烯(PP)基树脂中至少之一。当复合物具有上述组成比时，复合物可以具有高温稳定性、优良的散热特性、重量轻和高耐冲击性。

在下文中，将使用实施例和比较示例来详细描述本发明的实施方式。

<实施例>

使用重量百分比83％至87％的包括铁、硅和铝的合金的粉末/薄片或包括铁、硅和铬的合金的粉末/薄片与重量百分比13％至17％的PV基树脂混合的复合物被注塑和压光(calendared)，并且产生具有图12的形状的软磁基底。

<比较示例>

在将重量百分比99％的镍锌基铁素体或锰锌基铁素体与重量百分比1％的PVA基树脂混合后，通过在范围1100℃至1300℃的温度烧结而产生平坦的软磁基底。

表1对根据实施例和比较示例产生的软磁基底的特性进行比较，并且表2对在如图10中将发送线圈布置在根据实施例和比较示例产生的软磁基底上之后的质量因子(Q)进行比较。

[表1]

[表2]

如表1中所示，与比较示例中的颗粒相比，根据本发明的实施方式(即，实施例)的复合物具有优良的温度稳定性和散热特性。此外，与比较示例中的颗粒相比，根据本发明的实施方式的复合物重量较轻、坚固性较高并且成型工艺较容易。

因此，由于与被布置在比较示例中的软磁基底上的发送线圈相比，被容纳在根据本发明的实施方式的软磁基底上的发送线圈可以具有较高的Q值和较低的Rs值，所以可以降低电力损耗，并且可以获得具有高耐冲击性的无线电力发送设备。

根据本发明的实施方式，可以增大质量因子(Q)，并且可以增大无线电力发送设备与无线电力接收设备之间的电力发送和接收的效率。

此外，通过改进其上布置有发送线圈的软磁基底的弹性和耐冲击性，可以降低软磁基底的破损现象。

虽然上面参照和描述了本发明的示例性实施方式，但是应当理解的是，对于本领域中的普通技术人员而言，可以在不偏离本发明的在所附权利要求中列出的概念和范围的情况下实现对本发明的各种修改和变化。

本发明的实施例还包括：

(1)一种无线充电系统的无线电力发送设备，包括：

发送线圈；以及

软磁基底，其一侧被配置成容纳所述发送线圈，其中在被配置成容纳所述发送线圈的所述一侧形成有与所述发送线圈的形状相对应的凹槽。

(2)根据(1)所述的设备，其中，所述凹槽包括壁，所述壁被配置成围绕所述发送线圈的外周。

(3)根据(2)所述的设备，其中，所述凹槽还包括至少一个突出面。

(4)根据(3)所述的设备，其中，所述突出面被所述发送线圈的内周围绕。

(5)根据(1)所述的设备，其中，所述发送线圈包括第一发送线圈、与所述第一发送线圈平行地布置的第二发送线圈以及被布置在所述第一发送线圈和所述第二发送线圈上的第三发送线圈。

(6)根据(5)所述的设备，其中，所述凹槽包括壁，所述壁被配置成围绕所述第一发送线圈的外周的至少一部分、所述第二发送线圈的外周的至少一部分以及所述第三发送线圈的外周的至少一部分。

(7)根据(6)所述的设备，其中，所述凹槽还包括：被所述第一发送线圈的内周和所述第三发送线圈的所述外周围绕的第一突出面；被所述第二发送线圈的内周和所述第三发送线圈的所述外周围绕的第二突出面；以及被所述第一发送线圈的所述外周、所述第二发送线圈的所述外周和所述第三发送线圈的内周围绕的第三突出面。

(8)根据(6)所述的设备，其中，所述壁中还形成有诱导凹槽，所述诱导凹槽被配置成诱导所述第一发送线圈的端子、所述第二发送线圈的端子和所述第三发送线圈的端子。

(9)根据(1)所述的设备，其中，所述软磁基底包括具有金属粉末和聚合物树脂的复合物。

(10)根据(9)所述的设备，其中，所述复合物包括铁硅铝合金粉末/薄片和铁硅铬合金粉末/薄片中至少之一以及乙烯聚合物(PV)基树脂、聚乙烯(PE)基树脂和聚丙烯(PP)基树脂中至少之一。