无线电力接收和通信装置的制作方法

本案为分案申请，其母案为申请日为2014年6月16日、申请号为201480046518.7、发明名称为“接收天线和包含该接收天线的无线电力接收装置”的专利申请。

本发明涉及无线充电，并且更具体地讲，涉及用于无线充电的接收天线和包含该接收天线的无线电力接收装置(wirelesspowerreceivingdevice)。

背景技术：

无线电力收发技术是无线地提供电力到电子设备的技术，并且可以广泛地应用于家用电子产品和电动汽车或地铁的电力供应以及便携式终端的电池充电。

需要使无线电力发射装置与无线电力接收装置之间的能量损失最小化，从而增加电力收发效率。为此，发射天线和接收天线可以互相设置在有效距离内。另外，软磁材料可以设置在发射天线和接收天线周围以便朝着接收天线集中从发射天线发出的电磁能。

然而，设置在接收天线周围的软磁材料很薄，并且在平面方向上具有高磁导率。当用于接收天线的软磁材料的磁化值饱和时，从发射天线发出的电磁能可能漏出。因此，需要一种增加发射天线与接收天线之间的传输效率的方法。

技术实现要素：

技术问题

本发明旨在提供一种能够提高无线电力接收装置的无线电力接收效率的接收天线的结构。

技术方案

根据本发明的一个实施例，一种无线充电的无线电力接收装置的接收天线包括：基板；第一软磁层，堆叠(stacked)在所述基板上，并且包含软磁材料；以及，接收线圈，所述接收线圈包括平行于所述第一软磁层卷绕的第一线圈层以及与所述第一线圈层电连接并且平行于所述第一线圈层卷绕的第二线圈层，其中，所述第一线圈层的电流方向与所述第二线圈层的电流方向相反。

所述接收天线可以进一步包括形成在所述第一线圈层与所述第二线圈层之间的支撑膜，并且所述第一线圈层可以通过形成在所述支撑膜中的通孔与所述第二线圈层连接。

所述第一线圈层和所述第二线圈层中的每个的至少一部分可以嵌入在所述第一软磁层中。

所述接收天线可以进一步包括形成在所述基板与所述第一软磁层之间的第二软磁层。

所述第一软磁层、所述第一线圈层和所述第二线圈层中的每个的至少一部分可以嵌入在所述无线电力接收装置的壳体中。

所述接收天线可以进一步包括在所述第一和第二线圈层与所述软磁层之间的聚对苯二甲酸乙二酯(pet)材料的粘结层。

所述第一线圈层和所述第二线圈层可以是具有相同形状的线圈层，并且所述第二线圈层可以被翻转(reversed)，然后堆叠在所述第一线圈层上。

根据本发明的另一个实施例，一种无线充电的无线电力接收装置包括：基板；第一软磁层，堆叠在所述基板上，并且包含软磁材料；接收线圈，所述接收线圈被配置为接收从无线电力发射装置发出的电磁能，并且所述接收线圈包括平行于所述软磁层卷绕的第一线圈层以及与所述第一线圈层电连接并且平行于所述第一线圈层卷绕的第二线圈层，其中，所述第一线圈层的电流方向与所述第二线圈层的电流方向相反；电路单元，所述电路单元与所述接收线圈连接，并且所述电路单元被配置为将所述电磁能转换为电能；以及，存储单元，所述存储单元被配置为存储所述电能。

有益效果

根据本发明的实施例，能够增强在无线电力接收装置中的接收天线的电磁能集中的性能，并且因此能够使无线电力收发效率最大化。具体地讲，通过减小接收天线的厚度并且减小发射天线与接收天线之间的距离能够获得提高的电力传输效率。

因此，即使具有很薄的厚度也能够获得所需标准的电磁能集中效果，并且因此本发明可以应用于薄型化趋势的各种电子设备，例如，电视机、便携式终端、笔记本电脑、平板电脑等。

另外，根据本发明的实施例的无线电力接收装置具有出色的电磁能集中性能并且可以使用廉价材料，并且因此，可以应用于大型应用领域，例如，电动汽车、地铁等。

另外，甚至当无线电力发射装置包含永磁体时，通过永磁体的吸收效果可以获得提高的电力传输效率。另外，不包含永磁体的无线电力发射装置是可互换的。

另外，制造过程简单，并且额外增加的成本小。

附图说明

图1是图示了根据本发明的实施例的无线电力收发系统的框图。

图2是图示了无线电力发射装置的一部分的示意图，并且图3是图示了无线电力接收装置的一部分的示意图。

图4是图示了根据软磁层的厚度的无线电力发射装置与无线电力接收装置之间的电力传输效率的曲线图。

图5是图示了根据本发明的实施例的无线电力发射装置和无线电力接收装置的一部分的剖视图。

图6是图示了第一线圈层和第二线圈层的实施例的示意图。

图7是图示了根据本发明的实施例的一个线圈层嵌入在软磁层中的实施例的剖视图，并且图8是图示了根据本发明的另一个实施例的两个线圈层嵌入在软磁层中的实施例的剖视图。

图9是图示了根据本发明的实施例的层压有软磁材料的薄板的实施例的剖视图。

图10是图示了根据本发明的实施例的接收天线嵌入在便携式终端的背面的壳体中的实施例的剖视图。

具体实施方式

尽管本发明构思易受各种修改和替代形式的影响，但是在附图中以举例方式示出了其具体实施例并且本文中将详细描述其具体实施例。然而，应当理解，并非旨在将本发明构思限制于公开的特定形式，相反，本发明构思涵盖落入本发明构思的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。

应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述多种部件，但是这些部件应当不受这些术语的限制。这些术语仅仅用于使一个部件与另一个部件区分开。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下文讨论的第一部件可以称为第二部件，并且下文讨论的第二部件可以称为第一部件。“和/或”包括提及的一个或多个项目的每一个及所有组合。

应当理解，当元件被称为与另一个元件“连接”或“耦接”时，它可以与另一个元件直接连接或耦接，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为与另一个元件“直接连接”或“直接耦接”时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应当用相同的方式进行理解(例如，“在...与...之间”与“直接在...与...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。

本文中用于描述本发明构思的实施例的术语并非旨在限制本发明构思的范围。指代单数的本发明构思的元件的数量可以是一个或多个，除非上下文另外明确指明。还将进一步理解，当在本文中使用时，术语“包含”、“具有”等指的是存在所述的特征、数字、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合，但是不排除存在或增加一个或多个其他的特征、数字、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。

除非另有说明，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)应当理解成本发明构思所属的领域的习惯含义。应当进一步理解，常用的术语也应当理解成相关领域中的习惯含义并且不应当以理想化或过于正式化的含义进行理解，除非本文中清楚地这样定义。

以下，参照附图描述示例的实施例，并且与附图符号无关，相同或对应的元件将给出相同的附图标记，并且将省略重复的描述。

图1是图示了根据本发明的实施例的无线电力收发系统的框图。

参见图1，无线电力收发系统可以包括无线电力发射装置100和无线电力接收装置200。与电源连接的无线电力发射装置100向发射天线供应电能，并且发射天线将电能转换成电磁能并将电磁能发射到周围。无线电力接收装置200使用接收天线接收从发射天线发出的电磁能，将电磁能转换成电能，并且执行充电。

这里，例如，无线电力发射装置100可以是发射垫(transmissionpad)。另外，无线电力接收装置200可以是便携式终端、家用/个人电子产品、运输工具等的结构的一部分。便携式终端、家用/个人电子产品、运输工具等可以被设置为仅包括无线电力接收装置200，或者包括无线电力发射装置100和无线电力接收装置200。

这里，无线电力发射装置100可以通过使用电磁感应法(electromagneticinductionmethod)或谐振法(resonancemethod)发射电力。类似地，无线电力接收装置200可以通过使用电磁感应法或谐振法接收电力。

同时，无线电力接收装置200可以包括同时具有无线电力转换(wirelesspowerconversion，wpc)功能和近场通信(nearfieldcommunication，nfc)功能的模块。这里，无线电力接收装置200可以用包含nfc模块的外部设备300来执行nfc。

图2是图示了无线电力发射装置的一部分的示意图，并且图3是图示了无线电力接收装置的一部分的示意图。

参见图2，无线电力发射装置100可以包括发射电路(未示出)、软磁芯110、发射天线120和永磁体130。

软磁芯110可以包含具有几毫米的厚度的软磁材料。另外，发射天线120由发射线圈组成，并且永磁体130可以由发射天线120包围。

参见图3，无线电力接收装置200可以包括接收电路(未示出)、软磁层210和接收线圈220。软磁层210可以堆叠在基板(未示出)上。基板可以包括多层固定片(fixedsheets)，并且可以连接到软磁层210以固定软磁层210。

软磁层210集中从无线电力发射装置100的发射天线120发出的电磁能。

软磁层210可以包含金属材料或铁氧体材料(ferritematerial)，并且可以以丸状(pellet)、板(plate)、带(ribbon)、箔片(foil)、膜等各种形式实施。在示例的实施例中，软磁层210可以是包含fe、co和ni中的至少一种的单种金属或合金粉末薄片(flake)或者是包含聚合树脂(polymerresin)的复合物形式。在另一个示例的实施例中，软磁层210可以是包含fe、co和ni中的至少一种的合金带(alloyribbon)、堆叠的带、箔片或膜.在又另一个示例的实施例中，软磁层210可以是复合物，所述复合物包含90重量百分比或90重量百分比以上的fesicr薄片以及10重量百分比或10重量百分比以下的聚合树脂。在再另一个示例的实施例中，软磁层210可以是包含镍-锌(ni-zn)铁氧体的薄板(sheet)、带、箔片或膜.

接收线圈220可以堆叠在软磁层210上。接收线圈220可以在软磁层210上在与软磁层210平行的方向中卷绕。例如，应用于智能手机的接收天线可以具有螺旋线圈(spiralcoil)的形式，该螺旋线圈具有不超过50mm的外径以及20mm或20mm以上的内径。接收电路将通过接收线圈220接收的电磁能转换成电能，并且用转换的电能给电池(未示出)充电。

尽管图未示出，在软磁层210与接收线圈220之间可以进一步包括散热层(heatdissipationlayer)。在本说明书中，基板、软磁层210和接收线圈220一起可以被称为接收天线。

当无线电力接收装置200同时具有wpc功能和nfc功能时，nfc线圈230可以进一步堆叠在软磁层210上。nfc线圈230可以形成为包围接收线圈220的外部。

另外，接收线圈220和nfc线圈230可以通过端子(terminal)240彼此电连接。

图4是图示了根据软磁层的厚度的无线电力发射装置与无线电力接收装置之间的电力传输效率的曲线图。

参见图4，当使用磁导率(permeability)为50的软磁层时，电力传输效率表现出急剧增大的趋势，直到软磁层的厚度达到0.1mm，并且然后在厚度为0.2mm之后缓慢地增大。也就是说，当软磁层的厚度为0.2mm至0.3mm时，大部分磁场屏蔽是可能的。同时，假设高达25％的损失能量通过发射天线和接收天线之间的间隙(约5mm)漏出。

当无线电力发射装置包括永磁体，发射天线与接收天线之间的距离为5mm，并且堆叠在接收线圈上的软磁层的厚度为0.2mm，磁导率在50至200的范围内时，磁感应耦合系数(magneticinductivecouplingcoefficient)可以具有0.75至0.8的值，也就是说，考虑到传导损耗和电路损耗，通常获得60％至70％的传输效率。

同时，等式1表示磁感应耦合系数。

等式1

这里，k表示磁感应耦合系数，lrx表示接收天线的电感(inductance)，ltx表示发射天线的电感，并且m表示发射天线与接收天线之间的互感(mutualinductance)。

lrx可以如等式2所示，并且ltx可以如等式3所示。

等式2

lrx＝lrx-self+lrx-mutual

等式3

ltx＝ltx-self+ltx-mutual

这里，lrx-self表示接收天线的自感(self-inductance)，lrx-mutual表示接收天线的互感，ltx-self表示发射天线的自感，并且ltx-mutual表示发射天线的互感。

参见等式1至3，应当降低发射天线和接收天线的电感以增大k。lrx-self和ltx-self是基于导体长度确定的电气特性，并且因此根据天线的匝数可以降低电感。然而，这也可能对发射天线和接收天线之间的互感产生影响，因此可能并不有效。另外，可以通过减小ltx-mutual来增大k，但是这可能造成发射天线的磁场变弱。因此，可以考虑减小lrx-mutual来增大k的方法。

根据本发明的实施例，通过使用耦合线圈结构(coupledcoilstructure)，接收天线的互感，即，lrx-mutual减小，并且k，即，磁感应耦合系数增大，因此可以增大电力传输效率。

图5是图示了根据本发明的实施例的无线电力发射装置和无线电力接收装置的一部分的剖视图。

参见图5，接收线圈220形成在软磁层210的一个表面上。尽管图示为接收线圈220形成在软磁层210下方以表示无线电力发射装置与无线电力接收装置之间的关系，但是包含软磁层210和接收线圈220的接收天线的结构可以翻转180°。尽管图未示出，在软磁层210与接收线圈220之间可以进一步包括粘结片以粘结软磁层210和接收线圈220。尽管图未示出，绝缘层可以形成在软磁层210与接收线圈220之间。因此，可以在软磁层210与接收线圈220之间进行绝缘。

这里，接收线圈220可以包括至少两个线圈层，并且一个线圈层可以堆叠在另一个线圈层上。也就是说，接收线圈220可以包括与软磁层210的平面平行卷绕的第一线圈层222和与第一线圈层222的平面平行卷绕的第二线圈层224。另外，支撑膜510可以堆叠在第一线圈层222与第二线圈层224之间以支撑两个线圈层。支撑膜510可以包含聚酰亚胺(polyimide，pi)材料。

这里，第一线圈层222和第二线圈层224可以彼此电连接。也就是说，第一线圈层222的端子(terminal)可以与第二线圈层224的端子连接。例如，第一线圈层222的端子可以通过形成在支撑膜510中的通孔连接到第二线圈层224的端子。

这里，第一线圈层222的电流方向与第二线圈层224的电流方向相反。因此，可以消除电感，并且可以减小接收天线的互感，即，lrx-mutual，并且可以增大k，即，磁感应耦合系数。

根据本发明的实施例，第一线圈层222和第二线圈层224可以具有相同的形状，并且可以相互翻转180°然后堆叠。图6是图示了第一线圈层和第二线圈层的实施例的示意图。参见图6(a)和图6(b)，第一线圈层222和第二线圈层224的宽度w1和w2、高度h1和h2以及匝数相同，并且相同的线圈层可以翻转并重叠。也就是说，在第一线圈层222上，具有与第一线圈层222相同的形状的第二线圈层224可以形成为翻转并且完全覆盖第一线圈层222。另外，第一线圈层222的两个端子222-1和222-2之一可以与第二线圈层224的两个端子224-1和224-2之一电连接。

尽管图未示出，nfc线圈230可以形成为包围接收线圈220。这里，nfc线圈230可以包括像接收线圈220一样彼此电连接的两个线圈层。

同时，根据本发明的实施例，第一线圈层222和第二线圈层224中的至少一个可以嵌入在软磁层210中。

图7是图示了根据本发明的实施例的一个线圈层嵌入在软磁层中的实施例的剖视图，并且图8是图示了根据本发明的另一个实施例的两个线圈层嵌入在软磁层中的实施例的剖视图。

参见图7和图8，在接收天线的耦合线圈结构中，一个线圈层222或者两个线圈层222和224可以嵌入软磁层210中。为了便于线圈层222和224的嵌入，软磁层210可以包含包括软磁金属(softmagneticmetal)和聚合树脂(polymerresin)的复合物。线圈层222和224可以通过使用热压工艺在150℃和100kgf/cm²的条件下嵌入。

尽管图未示出，在线圈层222和224与软磁层210之间可以进一步包括聚对苯二甲酸乙二酯(pet)粘结片。pet材料的粘结片可以使线圈层222和224与软磁层210之间的空间绝缘。

如上所述，当线圈层222和224的至少一部分嵌入在软磁层210中时，可以减小接收线圈与发射线圈之间的距离，并且可以减小接收天线的整体厚度。因此，可以减小由于接收线圈与发射线圈之间的间隙而向外产生的漏磁通量(leakagemagneticflux)，并且可以增大接收线圈与发射线圈之间的互感，并且因此增大磁感应耦合系数，并且能够增大电力传输效率。

同时，根据本发明的实施例，软磁材料的薄板可以层压在软磁层210的另一个表面上以使漏磁通量最小化。

图9是图示了根据本发明的实施例的层压有软磁材料的薄板的实施例的剖视图。

参见图9，在线圈层222和224嵌入在软磁层210中的结构中，软磁材料的薄板212可以层压在软磁层210的另一个表面上。在本说明书中，软磁层210可以与第一软磁层互换，并且软磁材料的薄板212可以与第二软磁层互换。

因此，向外泄漏的磁通量可以由于线圈层222和224而被阻挡。

在图9中，尽管仅示出了两个线圈层嵌入在软磁层210中的实例，但是在仅一个线圈层嵌入在软磁层210中的结构中，或者在两个线圈层都没有嵌入而是堆叠在软磁层210上的结构中，可以进一步层压软磁材料的薄板212。

另外，根据本发明的实施例，包含软磁层和接收线圈的接收天线可以嵌入在无线电力接收装置的壳体中。

图10是图示了根据本发明的实施例的接收天线嵌入在便携式终端的背面的壳体中的实施例的剖视图。

参见图10，在两个线圈层222和224嵌入在软磁层210中并且层压有软磁材料的薄板212的结构中，线圈层222和224、软磁层210和软磁材料的薄板212嵌入在便携式终端的背面的壳体900中。为此，可以在便携式终端的背面的壳体900上形成凹槽，并且然后所述凹槽和接收天线结构可以结合在一起。

因此，可以减小接收线圈220和发射线圈120之间的距离，并且可以增大电力传输效率。

在图10中，尽管仅示出了两个线圈层222和224嵌入在软磁层210中并且层压有软磁材料的薄板212的实例，但是在仅一个线圈层嵌入在软磁层210中或两个线圈层都没有嵌入而是堆叠在软磁层210上的结构中，或者在不包含软磁材料的薄板212的结构中，线圈层222和224、软磁层210和软磁材料的薄板212可以嵌入在壳体中。

表1图示了根据本发明的各种实施例的电力传输效率的测量结果。

[表1]

参见表1，在比较例1中，使用了接收天线的一般结构，该接收天线包括堆叠在软磁层上具有厚度为0.1mm的单层的线圈，以及聚酰亚胺膜，所述软磁层包含磁导率为50并且厚度为0.3mm的fesicr基软磁金属和聚合树脂的复合物。

在实例1中，其他条件与比较例1相同，但是使用厚度为0.1mm的两层线圈堆叠在软磁层上并且在两个线圈层之间包括支撑膜的接收天线结构。

在实例2中，其他条件与实例1相同，但是使用一个线圈层嵌入在软磁层中的接收天线结构。这里，通过使用热压工艺在150℃和100kgf/cm²的条件下嵌入线圈。

在实例3中，其他条件与实例1相同，但是执行两个线圈层嵌入在软磁层中并且冲压(stamping)在两个线圈层之间的厚度为0.1mm的铜箔上的接收天线结构，而不使用支撑膜。这里，通过使用热压工艺在150℃和100kgf/cm²的条件下嵌入线圈。

在实例4中，其他条件与实例3相同，但是使用进一步层压厚度为50的软磁薄板的接收天线结构。

在实例5中，其他条件与实例4相同，但是通过使用热压工艺在80℃和10kgf/cm²的条件下将接收天线结构嵌入在包含基于pc的树脂的壳体中。

对比比较例1和实例1，可以注意到电力传输效率增加了4％。另外，对比比较例1、实例2和实例3，可以注意到在总的厚度保持相同或总的厚度减小时，电力传输效率可以增加4％或更大。

另外，对比实例3和实例4，可以注意到，由于软磁薄板的附加层压，可以阻挡漏磁通量并且可以使电力传输效率最大化。

另外，对比实例3和实例5，可以注意到，在可以使电力传输效率最大化时，不需要用于接收天线的附加厚度，并且因此可以实施具有薄厚度的无线电力接收装置。

本说明书阐述了本发明的最佳实施方式。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下并且在不改变本质特征的情况下可以进行各种修改。