技术领域
本公开涉及一种磁场屏蔽结构以及包括该磁场屏蔽结构的移动装置。
背景技术：
近年来，已引入具有符合无线充电联盟(WPC)通信协议、近场通信(NFC)通信协议或磁安全传输(MST)通信协议的无线充电能力的移动装置。WPC、NFC和MST通信协议具有不同的操作频率、不同的数据传输速率和不同的电力传输能力。
这样的移动装置可包括阻挡和聚焦电磁波的磁性材料片。例如，磁性材料片可设置在这样的移动装置(作为无线电力接收器进行操作)的电力接收线圈和电池之间，以防止在电力接收线圈中产生的磁场到达电池且能够使得由无线电力发送器产生的电磁波有效地发送到移动装置的电力接收线圈。这样的磁性材料片需要相对厚以提供充分的屏蔽性能，由此增大了移动装置的厚度。另外，随着磁性材料片的厚度增大，高频带的磁芯损耗(core loss)也增大。因此，由于磁性材料片的厚度的增大而产生的性能的增加可能会比期望的少。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，提供一种磁场屏蔽结构以及包括该磁场屏蔽结构的移动装置。
提供本实用新型内容以按照简化形式介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述所述选择的构思。本实用新型内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种磁场屏蔽结构包括：磁性层；以及谐振屏蔽电路，包括电容器和连接到所述电容器且具有环路形式的导体；其中，所述磁性层的至少一部分在所述磁性层的厚度方向上与由所述导体围绕的区域重叠。
所述导体可设置在所述磁性层的表面上。
所述电容器可设置在所述磁性层的表面上。
所述磁场屏蔽结构还包括结合层，所述结合层介于所述磁性层和所述导体之间且将所述磁性层结合到所述导体。
所述导体可以为电路板中的导体。
所述磁性层可设置在由所述导体围绕的区域中。
所述磁性层和所述导体可设置在相同的高度上。
所述电容器可以为多层陶瓷电容器。
所述导体可以为具有至少两匝的线圈。
所述线圈可以为螺线管。
所述线圈的不同匝可设置在相同的高度上。
所述电容器和所述导体可形成电感电容电路(LC circuit)。
所述谐振屏蔽电路可被电隔离。
所述磁性层可包括形成堆叠结构的多个磁性层。
所述导体可设置在所述堆叠结构的表面上。
所述导体可介于所述堆叠结构的两个相邻磁性层之间。
所述导体可围绕所述堆叠结构的侧表面。
所述磁场屏蔽结构还可包括另一谐振屏蔽电路。
所述谐振屏蔽电路的所述导体可设置在所述磁性层的一个表面上；并且所述另一谐振屏蔽电路的导体可设置在所述磁性层的在所述磁性层的与所述一个表面相反的那侧的另一表面上。
所述谐振屏蔽电路的所述导体和所述另一谐振屏蔽电路的导体可设置在所述磁性层的同一表面上。
在另一总体方面，一种移动装置包括：移动装置主体；电池；线圈部；以及磁场屏蔽结构，介于所述电池和所述线圈部之间且包括磁性层和谐振屏蔽电路，所述谐振屏蔽电路包括电容器和连接到所述电容器且具有环路形式的导体，其中，所述磁性层的至少一部分在所述磁性层的厚度方向上与由所述导体围绕的区域重叠。
所述磁性层可介于所述谐振屏蔽电路和所述线圈部之间。
在另一总体方面，一种磁场屏蔽结构包括：磁性层；以及谐振屏蔽电路，被构造为阻挡穿过所述磁性层的磁场的至少一部分并包括电容器和连接到所述电容器的两端且具有环路形式的导体。
所述谐振屏蔽电路可具有大致等于所述磁场的频率的谐振频率。
所述磁性层的至少一部分可介于电力接收线圈和所述谐振屏蔽电路之间。
所述导体可设置在所述磁性层的表面上，或设置在所述磁性层的内部，或所述磁性层设置在由所述导体围绕的区域中。
在另一总体方面，一种移动装置包括：移动装置主体；电池，设置在所述移动装置主体中；电力接收线圈，设置在所述移动装置主体中且被构造为通过磁感应和磁谐振中的任意一者或两者接收无线电力；以及磁场屏蔽结构，在所述移动装置主体中设置在所述电池和所述电力接收线圈之间且被构造为阻挡由所述电力接收线圈产生的磁场的至少一部分到达所述电池；其中，所述磁场屏蔽结构包括：磁性层，被构造为阻挡由所述电力接收线圈产生的所述磁场的至少一部分穿过所述磁性层；以及谐振屏蔽电路，被构造为阻挡来自所述电力接收线圈产生的所述磁场的穿过所述磁性层的任意漏磁场的至少一部分，所述谐振屏蔽电路包括电容器和连接到所述电容器的两端且具有环路形式的导体。
所述磁性层还可被构造为通过磁感应法阻挡由所述电力接收线圈产生的所述磁场的所述至少一部分；并且所述谐振屏蔽电路还可被构造为通过磁谐振法阻挡穿过所述磁性层的任意漏磁场的所述至少一部分。
所述磁性层的至少一部分可设置在所述电力接收线圈和所述谐振屏蔽电路之间。
所述导体可设置在所述磁性层的表面上，或设置在所述磁性层的内部，或所述磁性层设置在由所述导体围绕的区域中。
根据本实用新型的磁场屏蔽结构和移动装置由于磁场屏蔽结构的厚度减小而小型化，且具有优异的屏蔽性能。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。
附图说明
图1是移动装置和应用到移动装置的无线充电系统的外形的示例的透视图。
图2是图1的移动装置和无线充电系统的主要内部构造的示例的分解截面图。
图3是磁场屏蔽结构的示例的示意性透视图。
图4是示出图3的谐振屏蔽电路的示例的俯视图。
图5至图11示出磁场屏蔽结构的其他示例。
图12示出移动装置的主要构成的示例。
图13和图14示出磁场屏蔽结构的其他示例。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的附图标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和便利，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解了本申请的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种变化、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本申请的公开内容后做出将是显而易见的变化。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或晶圆(基板)的元件被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于这两个元件之间的其他元件，即，其可间接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在位于这两个元件之间的其他元件。如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。
图1是移动装置和应用到移动装置的无线充电系统的外形的示例的透视图。图2是图1的移动装置和无线充电系统的主要内部构造的示例的分解截面图。
参照图1和图2，移动装置和应用到移动装置的无线充电系统包括无线电力发送器10和无线电力接收器20。在图1和图2的示例中，在诸如移动电话、膝上型电脑或平板电脑的移动装置30中包括无线电力接收器20。
在无线电力发送器10的内部，电力发送线圈11形成在基板12上，所以当交流(AC)电力施加到(无线)电力发送线圈11时，在(无线)电力发送线圈11的周围产生磁场。该磁场在嵌入到无线电力接收器20中的电力接收线圈21中感应出电动势，使得无线电力接收器20的电池22通过在电力接收线圈21中感应的电动势而被充电。
电池22可以例如是诸如镍-金属氢化物(NiMH)或锂离子(Li-ion)电池的可充电电池，但是不限于此。另外，电池22可从无线电力接收器20拆卸，可与无线电力接收器20集成在一起。
电力发送线圈11和电力接收线圈21彼此电磁耦合，且可通过缠绕诸如铜(Cu)的金属线以形成线圈而形成。所述绕组可以是圆形、椭圆形、四边形、菱形或任何其他形状。线圈的整体尺寸、匝数和其他参数可根据要求的特性而变化。
磁场屏蔽结构100介于电力接收线圈21和电池22之间。磁场屏蔽结构100介于电力接收线圈21和电池22之间，以聚焦由无线电力发送器10发送的磁通量，使得通过电力接收线圈21有效地接收磁通量。另外，磁场屏蔽结构100防止磁通量的至少一部分到达电池22。
磁场屏蔽结构100可与线圈部组合，以被应用到上述无线充电装置的接收部。除了无线充电装置以外，还可在磁安全传输(MST)通信和近场通信(NFC)通信中使用所述线圈部。另外，除了应用到无线充电装置的接收部以外，磁场屏蔽结构100还可应用到发送部。在下文中，电力发送线圈和电力接收线圈整体可称为线圈部。在下文中，将更详细地描述磁场屏蔽结构100。
图3是磁场屏蔽结构的示例的示意性透视图。图4是示出图3的谐振屏蔽电路的示例的俯视图。
参照图3，磁场屏蔽结构100包括磁性层101和谐振屏蔽电路110。谐振屏蔽电路110包括电容器112和连接到电容器112且具有环路形式的导体111。另外，磁性层101的至少一部分在磁性层101的厚度方向上与由导体111围绕的区域重叠。也就是说，在磁性层101的厚度方向上延伸的线穿过磁性层101和由导体111围绕的区域两者，其中磁性层101与由导体111围绕的区域重叠。磁性层101的厚度方向被定义为与具有片形式的磁性层101的主表面垂直的方向。
聚焦且阻挡电磁波的磁性层101可使用包括非晶态合金和纳米晶合金的金属带或薄板来形成。铁(Fe)基或钴(Co)基磁性合金可用作纳米晶合金。Fe基磁性合金可使用诸如Fe-Si-B(硼)合金的包括硅(Si)的材料来形成。当诸如Fe的金属的含量相对高时，饱和磁通量密度增大。然而，当Fe含量显著高时，难以形成纳米晶合金。因此，Fe含量可以在70原子％至90原子％的范围内。就形成纳米晶合金的可能性而言，Si含量和B含量的总和可以在10原子％至30原子％的范围内。为了防止腐蚀，诸如铬(Cr)和Co的抗腐蚀元素可以以20原子％或更少的量添加到上述基础成分，可包括相对少量的另一金属元素，以提供所需的其他特性。
在使用纳米晶合金的情况下，作为示例，可使用Fe基纳米晶磁性合金。Fe-Si-B-Cu-铌(Nb)合金可用作Fe基纳米晶合金。
除了合金以外，磁性层101可使用铁氧体形成。例如，磁性层101可使用锰(Mn)-锌(Zn)-基铁氧体材料、Mn-镍(Ni)-基铁氧体材料、钡(Ba)-基铁氧体材料或锶(Sr)-基铁氧体材料形成。此外，上述材料可形成为纳米晶粉末。另外，磁性层101可使用具有诸如树脂的基材料被填充磁性颗粒的形式的聚合物复合材料形成。磁性层101可设置为一体形式，但是可具有磁性层101分裂为多件的结构。该分裂的结构提供多个件之间的电绝缘性质，由此有助于减小在磁性层中产生的涡电流。分裂的结构可随机地形成，但是可设置为磁性层101的表面分裂为裂开部的形式。可使用具有规则分裂结构的裂开部来调节磁性层101的磁导率。可通过改变磁性层101的每个区域的分裂的程度来改变磁导率。多个裂开部可以以规则形式和规则间隔布置。
谐振屏蔽电路110具有能够相对于指向磁性层101或穿过磁性层101的磁场进行谐振和电磁感应的结构。为此，谐振屏蔽电路110包括具有环路形式的导体111和连接到导体111的两端的电容器112。在图3所示的示例中，导体111和电容器112设置在磁性层101的同一表面上。使用上述布置方法，磁性层101的至少一部分在磁性层101的厚度方向上与由导体111围绕的区域重叠。
导体111的相对端连接到电容器112的电极。电容器112通过连接到导体111而形成LC电路。在一个示例中，电容器112为多层陶瓷电容器(MLCC)(为片式组件)。MLCC具有优异的结构稳定性和相对高的电容，因此MLCC为有效地调节谐振屏蔽电路110的谐振频率的适当选择。然而，可使用诸如片式陶瓷电容器、钽(Ta)电容器、平面电容器或可变电容器的其他类型的电容器来代替MLCC。
参照图4，导体111的环路形式可以是矩形的，而非椭圆形。
导体111由具有导电性的材料制成。例如，导体111可以是诸如铜(Cu)导体的金属导体。
在谐振屏蔽电路110的功能和操作原理方面，在泄漏到谐振屏蔽电路110中的漏磁场在导体111中感应出电流的情况下，感应出的电流产生与漏磁场相反的磁场，由此抵消和阻挡漏磁场。详细地，在磁性层101的至少一部分在磁性层101的厚度方向上与由导体111围绕的区域重叠的情况下，将通过谐振屏蔽电路110的谐振反应来有效地阻挡指向磁性层101或穿过磁性层101的磁场。谐振屏蔽电路110的谐振频率可设置为大致等于由谐振屏蔽电路110阻挡的漏磁场的频率。
通过谐振反应阻挡磁场产生相对低水平的阻抗，与通过磁性材料片阻挡磁场相比产生较低的感应损耗。另外，具有环路形式的导体111可以是相对薄的和小的，由此有助于磁场屏蔽结构100的薄型化。通过一起使用谐振屏蔽电路110和磁性层101提高屏蔽功能。此外，可通过改变磁性层101和谐振屏蔽电路110的屏蔽特性来实施用于各种目的的磁场屏蔽结构100。例如，磁性层101可使用磁感应法执行针对无线充电的屏蔽功能。谐振屏蔽电路110可使用磁谐振法执行针对无线充电的屏蔽功能，反之亦然。另外，除了在执行WPC功能中使用以外，可在执行NFC功能或MST功能中使用磁性层101的至少一部分和谐振屏蔽电路110。
在另一示例中，为了减小谐振屏蔽电路110的厚度，电容器112未设置在磁性层101上，而是设置在磁性层101之外。当电容器112设置在磁性层101之外时，电容器112在电连接到导体111的同时设置在无线充电装置的不同区域中。
导体111和电容器112形成LC电路，由此能够使得谐振屏蔽电路110通过谐振反应执行屏蔽功能。另外，导体111和电容器112能够使得在由LC电路的L值和C值确定的特定频率下产生谐振现象。可调节LC电路的L值和C值，以改变产生谐振现象的特定频率。导体111和电容器112与诸如外部导体的不同电路电隔离。换句话说，除了导体111和电容器112以外，谐振屏蔽电路110没有包括另外的电路，且被电隔离。
图5至图11示出磁场屏蔽结构的其他示例。
图5示出结合层120介于磁性层101和导体111之间以使磁性层101稳定地结合到导体111的结构的示例。相比之下，上述示例不包括结合层。上述直接组合结构可例如使用将导体印刷在磁性层101上的方法来实施。然而，在另一示例中，通过采用结合层120形成更稳定的组合结构。在结合层120适于将磁性层101结合到导体111的情况下，可采用通常在现有技术中使用的任意结合层。例如，可使用双面胶带。
图6示出在电路板130中实现谐振屏蔽电路110的示例。为此，使用在现有技术中已知的印刷电路板(PCB)工艺形成具有环路形式的导体111和电容器112。例如，电路板130可以是柔性印刷电路板(FPCB)。谐振屏蔽电路110可实施为具有电路板130的形式，使得可确保结构稳定性，且可有效地调节由谐振屏蔽电路110形成的LC电路的谐振频率。然而，在另一示例中，仅有供磁通量穿过的导体111形成在电路板130中，而电容器112设置在不同的区域中。
图7示出磁性层101设置在导体111的环路内的示例。换句话说，磁性层101设置在由导体111围绕的区域中。为此，导体111的环路的尺寸大于磁性层101的尺寸。在如图7所示的导体111围绕磁性层101且设置在与磁性层101相同的高度上的情况下，可获得充分的屏蔽性能，且可减小磁场屏蔽结构的整体厚度。图7示出磁性层101与导体111分开的示例。然而，在另一示例中，磁性层101接触导体111的内表面。
图8示出与图3至图7的导体111相比导体121具有不同形式的示例。详细地，为了调节谐振屏蔽电路110的谐振频率和屏蔽特性，导体121为具有至少两匝的线圈。在图8中所示的示例中，线圈具有四匝。然而，这仅仅是示例，且线圈具有大于四匝或小于四匝。为了形成具有多匝的线圈结构，导体121可具有如图9所示的螺线管线圈结构。另外，导体121的至少一端可弯曲以连接到电容器112的电极。
图9示出具有包括多匝的线圈结构的导体131形成在电路板130中的示例。在线圈结构中形成不同匝的线圈图案形成在相同的高度上。导体131的一部分可弯曲以连接到电容器112。然而，在导体131形成在电路板130中的情况下，螺线管线圈结构也可用作图8的示例。
图10示出磁性层101包括形成堆叠结构的多个磁性层的示例，由此通过磁性层101提高屏蔽性能。在这种情况下，考虑到期望的屏蔽性能，可确定磁性层101中的屏蔽结构的尺寸和磁性层的数量。诸如双面胶带的结合层102设置在相邻的磁性层之间，由此确保结构稳定性。在图10的示例中，导体111设置在由磁性层101的多个磁性层形成的堆叠结构的表面上。
图11示出导体111介于由磁性层101的多个磁性层形成的堆叠结构的两个相邻磁性层之间的另一示例。
图12示出移动装置的主要构成的示例。
参照图1、图2和图12，移动装置包括移动主装置主体、电池22和由基板140支撑的电力接收线圈21。磁场屏蔽结构100介于电池22和由基板140支撑的电力接收线圈21之间。磁场屏蔽结构100包括磁性层101和谐振屏蔽电路110。磁性层101具有其中堆叠有多个磁性层的堆叠结构。具有环路形式的导体111围绕堆叠结构的侧表面。
谐振屏蔽电路110包括具有环路形式的导体111和电容器112，以执行通过谐振反应阻挡磁场的功能。磁性层101介于谐振屏蔽电路110和由基板140支撑的电力接收线圈21之间。换句话说，谐振屏蔽电路110通过磁性层101与由基板140支撑的电力接收线圈21分开。该结构减少在谐振屏蔽电路110和电力接收线圈21之间的不必要的耦合。
图13和图14示出磁场屏蔽结构的其他示例。图13和图14示出其中设置多个谐振屏蔽电路110以提高屏蔽性能和特性的磁场屏蔽结构的示例。图13和图14示出其中设置有两个谐振屏蔽电路110的示例。然而，根据磁性层101的尺寸，可设置三个或更多个谐振屏蔽电路110。
图13示出一个谐振屏蔽电路110的导体111和电容器112设置在磁性层101的在磁性层101的一侧的一个表面上，且另一谐振屏蔽电路110的导体111和电容器112设置在磁性层101的在磁性层101的与磁性层101的所述一侧相反的那侧的另一表面上的示例。然而，如上所述，电容器112可设置在其他位置。
图14示出两个谐振屏蔽电路110的导体111和电容器112设置在磁性层101的一个表面上的示例。
上述示例能够使磁场屏蔽结构和移动装置由于磁场屏蔽结构的厚度减小而小型化，且具有优异的屏蔽性能。
虽然本公开包括特定的示例，但在理解了本申请的公开内容后将显而易见的是，在不脱离权利要求及他们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此所描述的示例仅被认为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者他们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及他们的等同物限定，并且在权利要求及他们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。