CN105097163A - 软磁合金、含其的无线电力传送装置和无线电力接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软磁合金、含其的无线电力传送装置和无线电力接收装置。所述软磁合金具有由下面化学式表示的组成：[化学式]Fe_100-a-b-cX_aY_bZ_c此处，X为成核元素，Y和Z为准金属元素，a在0.1原子％～2.0原子％的范围内，b在1原子％～10原子％的范围内，且c在1原子％～10原子％的范围内。本发明可以获得应用在110kHz～250kHz的范围内的频带处并具有高饱和磁通密度的软磁合金。因此，应用于无线电力传送和接收装置的屏蔽元件可以以薄形实现并且能够满足无线电力传送和接收的大的容量。

Description

软磁合金、含其的无线电力传送装置和无线电力接收装置

技术领域

本发明涉及一种软磁合金，更特别地，涉及一种应用于无线充电系统的无线电力传送装置和无线电力接收装置的软磁合金。

背景技术

无线电力传送装置可以连接至电源并可包括金属基板、设置于该金属基板上的软磁芯和设置于该软磁芯上的传送线圈。另外，无线电力接收装置可以连接至负载并可包括软磁片和设置于该软磁片上的接收线圈。

在此情况下，无线电力传送装置的软磁芯和无线电力接收装置的软磁片分别用作屏蔽发射自传送线圈的电磁和发射自接收线圈的电磁的屏障。因此，在无线电力传送装置和无线电力接收装置之间的能量损失可以最小化并且可以提高电力传送和接收效率。

通常，用作屏蔽元件的软磁合金为铁(Fe)基软磁合金。例如，所述铁(Fe)基软磁合金可以分类为Fe-Si软磁合金、非晶态软磁合金、纳米晶软磁合金等。Fe-Si软磁合金具有在1.5T～1.9T范围内的高饱和磁通密度，然而，因为Fe-Si软磁合金具有低电阻率，其仅可以在10kHz的低频率下使用。因此，Fe-Si软磁合金可能不会应用于使用在110kHz～250kHz范围内的频带的无线充电系统。包含铁磁元素Fe及准金属基元素的非晶态软磁合金或纳米晶软磁合金可以应用于在110kHz～250kHz范围内的频带处的无线充电系统，但因为其具有1.56T以下的低饱和磁通密度，所以存在难以使更薄和制造成本增加的问题。

发明内容

技术问题

本发明涉及一种应用于无线充电系统的无线电力传送装置和无线电力接收装置的软磁合金。

技术方案

根据本发明的一方面，提供具有下面化学式组成的软磁合金：

[化学式]

Fe_100-a-b-cX_aY_bZ_c

此处，X为成核元素，Y和Z为准金属元素，a在0.1原子％～2.0原子％的范围内，b在1原子％～10原子％的范围内，且c在1原子％～10原子％的范围内。

成核元素可以包括Cu、Ag和Au中的至少一种。

准金属元素可包括B、C、Al、Si、P、Ga和Ge中的至少一种。

X可包括Cu，Y可包括B，且Z可包括Si。

a可在0.1原子％～1.7原子％的范围内。

b可在1.5原子％～7.5原子％的范围内并且c可在2原子％～8原子％的范围内。

b+c可在3.5原子％～9.5原子％的范围内。

软磁合金可具有1.7T以上的饱和磁通密度、40Oe以下的矫顽力和30μΩ·cm以上的电阻率。

根据本发明的另一方面，提供一种无线充电系统的无线电力传送装置，其包括软磁芯和形成在软磁芯上的传送线圈，软磁芯包括具有上述化学式组成的软磁合金。

根据本发明的又一个方面，提供一种无线充电系统的无线电力接收装置，其包括软磁片和形成在软磁片上的接收线圈，软磁片包括具有上述化学式的软磁合金。

有益效果

根据本发明的实施方案，可以获得应用在110kHz～250kHz的范围内的频带处并具有高饱和磁通密度的软磁合金。因此，应用于无线电力传送和接收装置的屏蔽元件可以以薄形实现，并且能够满足无线电力传送和接收的大的容量。另外，因为容易由软磁合金制造薄片，所以软磁合金能够应用于在表面的方向需要高磁导率的无线电力传送和接收装置。

附图说明

通过参考附图详细说明本发明的例示性实施方案，其上述和其它目的、特征及优势对本领域的技术人员将变得更加明显，其中：

图1是显示根据本发明的例示性实施方案的无线充电系统的方块图；

图2是显示根据本发明的例示性实施方案的无线充电系统的无线电力传送和接收方法的方块图；

图3是显示根据本发明的例示性实施方案的无线电力传送装置的一部分的图；

图4是显示根据本发明的例示性实施方案的无线电力接收装置的一部分的图；

图5显示了根据本发明的例示性实施方案制造的软磁合金的球状粉末；

图6显示了根据本发明的例示性实施方案制造的软磁合金的薄片；及

图7是用于比较实施例和比较例的饱和磁化强度的图。

具体实施方式

虽然本发明易于作出各种修改和可选形式，其具体实施方式经由附图中的实施例显示并将在本文中进行详细描述。但应该理解，无意将本发明限制于公开的特定形式，而相反地，本发明涵盖落在本发明主旨和范围内的全部修改、等价和替代。附图的全部描述中相同的编号指的是相同的元件。

将会理解，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等描述各种元件，但这些元件不应由这些术语限制。仅使用这些术语区分一个元件和另一个。例如，在不背离本发明范围的情况下，第一元件可能被称为第二元件，且相似地，第二元件可能被称为第一元件。如在本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和全部组合。

将会理解，当指一个元件被指作“连接”或“结合”到另一个元件时，其能够与另一个元件直接连接或结合或可以存在中间元件。相反地，当一个元件被指作“直接连接”或“直接结合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件间关系的其它词应以相似的方式解释(即“介于”对“直接介于”、“相邻于”对“直接相邻于”等)

本文中使用的术语仅是为了描述特定实施方案的目的且不旨在限制本发明。如在本文中使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也意在包括多数形式，除非文中另外清楚地表明。还应该理解，当在本文中使用术语“包含”、“包含……的”、“包括”和/或“包括……的”时，说明规定的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。

除非另有定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将会理解，术语诸如在通常使用的字典里定义的那些，应该被解释为具有与相关领域的环境中它们的含义相一致的含义，并且将不以理想化的或过度正式的理解来解释，除非在本文中明确地这样定义。

下文中，将会参考附图对本发明的例示性实施方案进行详细的说明。在附图中相同的参考编号表示相同的元件，因此将不会重复其描述。

图1是显示根据本发明的例示性实施方案的无线充电系统的方块图。

参考图1，无线充电系统10包括电源100、无线电力传送装置200、无线电力接收装置300和负载终端400。

无线电力传送装置200连接至电源100并接收来自电源100的电力。另外，无线电力传送装置200将电力无线地传送至无线电力接收装置300。在这种情况下，无线电力传送装置200可使用电磁感应方法或共振方法传送电力。尽管举例说明了电源100和无线电力传送装置200被单独构造，但其不限于此。电源100可包括在无线电力传送装置200中。

无线电力接收装置300无线地接收来自无线电力传送装置200的电力。无线电力接收装置300可使用电磁感应方法或共振方法接收电力。另外，无线电力接收装置300将接收的电力供应至负载400。负载终端400可以为电池或其中包埋电池的装置。尽管举例说明了负载终端400和无线电力接收装置300被单独构造，但其不限于此。负载终端400可以包括在无线电力接收装置300中。

图2是显示根据本发明的例示性实施方案的无线充电系统的无线电力传送和接收方法的方块图。

参考图2，无线电力传送装置200可以包括传送线圈210。无线电力接收装置300可以包括接收线圈310和整流单元320。

电源100可产生具有预定频率的交流(AC)电力以将该AC电力供应至无线电力传送装置200的传送线圈210。

另外，由传送线圈210产生的AC电力可传送至与传送线圈210感应耦合的接收线圈310。

或者，传送至传送线圈210的电力可以通过频率共振方法传送至与无线电力传送装置200具有相同共振频率的无线电力接收装置300。电力可通过共振在两个其中阻抗匹配的LC电路间传输。

使用电磁感应方法或共振方法传送至接收线圈310的电力可以通过整流单元320整流以要被传送至负载终端400。

图3是显示根据本发明的例示性实施方案的无线电力传送装置的一部分的图，且图4是显示根据本发明的例示性实施方案的无线电力接收装置的一部分的图。

参考图3，无线电力传送装置1200包括软磁芯1210和传送线圈1220。传送线圈1220可对应于图2中所示的传送线圈210。

软磁芯1210可包括具有几纳米厚度的软磁材料。另外，传送线圈1220可以设置在软磁芯1210上。尽管未在图中示出，永久磁铁还可以设置在软磁芯1210上并且永久磁铁可由传送线圈1220围绕。

参考图4，无线电力接收装置1300可包括软磁基板1310和接收线圈1320。接收线圈1320可以设置在软磁基板1310上。接收线圈1320可对应于图2中所示的接收线圈310。

接收线圈1320可包括以平行于软磁基板1310的方向缠绕在软磁基板1310上的线圈表面。

尽管在图中未示出，但当无线电力接收装置1300同时具有无线充电功能和近场通信(NFC)功能时，NFC线圈可以进一步堆叠在软磁基板1310上。NFC线圈可形成为围绕接收线圈1320的外侧。

根据本发明的实施方案，无线电力传送装置的软磁芯和无线电力接收装置的软磁基板中的至少一个包含具有化学式1的组成的软磁合金。

[化学式1]

Fe_100-a-b-cX_aY_bZ_c

此处，X为成核元素，Y和Z为准金属元素。

可以包含在0.1原子％～2.0原子％的范围(原子百分比)内，优选在0.1原子％～1.7原子％的范围内的成核元素。即a可以在0.1原子％～2.0原子％的范围内，且优选在0.1原子％～1.7原子％的范围内。

问题在于，当在0.1原子％以下包含成核元素时，电阻率降低至30μΩ·cm以下且矫顽力增加至40Oe以上，当在大于2原子％包含成核元素时，饱和磁通密度降低至1.7T以下且矫顽力增加至40Oe以上。当电阻率降低至30μΩ·cm以下时，在100kHz以上的频带处涡流损失增加。因为无线充电系统使用在100kHz～250kHz范围内的频带，所以具有30μΩ·cm以下的低电阻率的软磁合金不适合用于无线充电系统。另外，当饱和磁通密度降至1.7T以下时，难以以薄形实现屏蔽元件。另外，当矫顽力增加至40Oe以上时，难以以薄片形式制造软磁合金并因此降低在表面方向的磁导率。

此处，成核元素可以包括Cu、Ag和Au中的至少一种。因为在成核元素中Cu具有大于Fe的原子半径，所以Cu可以用于核生长并且可以产生纳米级沉淀物。

另外，b可以在1原子％～10原子％的范围内，且优选在1.5原子％～7.5原子％的范围内，而且c可以在1原子％～10原子％的范围内，且优选在2原子％～8原子％的范围内。当b小于1原子％时，玻璃成形能力会降低并且会出现晶形状，因此电阻率可降低至30μΩ·cm以下。当b为大于10原子％时，矫顽力会增加至40Oe以上，难以由软磁合金粉末制造薄片，且饱和磁通密度会降低。当c为1原子％以下时，玻璃成形能力会降低并且会出现晶形状，因此电阻率可降低至30μΩ·cm以下。当c大于10原子％时，矫顽力会增加至40Oe以上，难以由软磁合金粉末制造薄片，且饱和磁通密度会降低。

此处，准金属元素可包括B、C、Al、Si、P、Ga和Ge中的至少一种。可以在3原子％～12原子％的范围内，并优选在3.5原子％～9.5原子％的范围内包含准金属元素。即b+c可在3原子％～12原子％的范围内，并优选在3.5原子％～9.5原子％的范围内。

问题在于，当包含少于3原子％的准金属元素时，玻璃成形能力会降低并且会出现晶形状，因此电阻率可降低至30μΩ·cm以下。另外当包含大于12原子％的准金属元素时，矫顽力会增加至40Oe以上，难以由软磁合金粉末制造薄片，且饱和磁通密度会降低。

同时，由于在准金属元素中B或Si具有小于Fe的原子半径，所以玻璃成形能力优异。因此，Y可包括B且Z可包括Si。

下文中，将会使用实施例和比较例进行详细说明。在根据实施例和比较例的软磁合金中，各成分的金属粉末在1700℃的温度下融化并然后使用水淬法冷却至室温，并且因此使用气体雾化器产生球状粉末。然后，将该球状粉末在350℃的温度下热处理并然后制造成薄片。图5是显示根据本发明的例示性实施方案制造的软磁合金的球状粉末的图，且图6是显示根据本发明的例示性实施方案制造的软磁合金的薄片的图。

测量如上所述制造的软磁合金粉末的饱和磁通密度(T)、矫顽力(Oe)和电阻率(μΩ·cm)，并然后计算饱和磁化强度(M,emu/g)。此处，使用振动样品磁强计(VSM)系统测量饱和磁通密度(T)且使用点探测器测量电阻率(μΩ·cm)。饱和磁化强度是材料的独特特征且是表明该材料能够多强磁化的数。饱和磁通密度与饱和磁化强度之间的关系与下面等式1的相同。

[等式1]

T＝4π×σ×M

此处，T为饱和磁通密度，σ为软磁合金粉末的密度，且M为饱和磁化强度。

表1～表6示出根据实施例和比较例的软磁合金的组成、饱和磁化强度(M)、饱和磁通密度(T)、矫顽力(Oe)和电阻率(μΩ·cm)。图7是用于比较实施例和比较例的饱和磁化强度的图。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

参考表1～表6，在其中在小于0.1原子％包含成核元素Cu的比较例1中，矫顽力为40Oe以上且电阻率为30μΩ·cm以下。在其中在大于2原子％包含成核元素Cu的比较例2和3中，饱和磁通密度为1.7T以下且矫顽力为40Oe以上。

另外，在其中在小于3原子％包含准金属元素B和Si的比较例4和7中，电阻率为30μΩ·cm以下。在其中在大于12原子％包含准金属元素B和Si的比较例5、6、8和9中，矫顽力为40Oe以上。特别地，比较例4可在1原子％以下包含B且比较例7可在1原子％以下包含Si。另外，比较例5和6可在大于10原子％包含B且比较例8和9可在大于10原子％包含Si。

另一方面，如在实施例1～12中所示，当Fe基软磁合金包含在0.1原子％～2原子％的范围内的成核元素Cu，在2原子％～12原子％的范围内的准金属元素B和Si，特别地各自在1原子％～10原子％的范围内的B和Si时，饱和磁通密度可以为1.7T以上，矫顽力可以为40Oe以下，且电阻率为30μΩ·cm。

特别地，参考示出了其中比较实施例2和比较例2的饱和磁化强度的结果的图7，根据实施例的软磁合金的饱和磁化强度大于根据比较例的软磁合金的饱和磁化强度。

因此，因为根据本发明的例示性实施方案的软磁合金具有高饱和磁通密度，可以容易制造薄片形式，且其可以在110kHz～250kHz的范围内的频带处使用，该软磁合金可适用于无线充电系统的无线电力传送装置或无线电力接收装置。

根据本发明的实施方案，可以获得应用在110kHz～250kHz的范围内的频带处并具有高饱和磁通密度的软磁合金。因此，应用于无线电力传送和接收装置的屏蔽元件可以以薄形实现并且能够满足无线电力传送和接收的大的容量。另外，因为容易由软磁合金制造薄片，所以软磁合金能够应用于在表面的方向需要高磁导率的无线电力传送和接收装置。

根据本发明的例示性实施方案的软磁合金能够应用于包括在无线射频识别(RFID)标签的天线模块中的屏蔽元件和无线电力传送和接收装置的屏蔽元件。

在本说明书中，尽管为描述方便而描述了无线充电系统的无线电力传送装置的软磁芯或无线电力接收装置的软磁片，但其不限制于此。根据本发明的例示性实施方案的软磁合金可以被应用于用于屏蔽电磁场的各种板。例如，根据本发明的例示性实施方案的软磁合金可以被应用于用于RFID天线的屏蔽板。

虽然已经详细说明了本发明的示例实施方案及其优势，应该理解在不背离由附属权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以在本文中作出各种改变、取代和替换。

Claims (10)

1.一种软磁合金，其具有由下面化学式表示的组成：

[化学式]

Fe_100-a-b-cX_aY_bZ_c

此处，X为成核元素，Y和Z为准金属元素，a在0.1原子％～2.0原子％的范围内，b在1原子％～10原子％的范围内，且c在1原子％～10原子％的范围内。

2.权利要求1的合金，其中所述成核元素包含Cu、Ag和Au中的至少一种。

3.权利要求1的合金，其中所述准金属元素包含B、C、Al、Si、P、Ga和Ge中的至少一种。

4.权利要求1的合金，其中X包含Cu，Y包含B，且Z包含Si。

5.权利要求4的合金，其中a在0.1原子％～1.7原子％的范围内。

6.权利要求4的合金，其中b在1.5原子％～7.5原子％的范围内，c可在2原子％～8原子％的范围内。

7.权利要求4的合金，其中b+c在3.5原子％～9.5原子％的范围内。

8.权利要求1的合金，其中所述软磁合金具有1.7T以上的饱和磁通密度、40Oe以下的矫顽力和30μΩ·cm以上的电阻率。

9.一种无线充电系统的无线电力传送装置，所述装置包含：

软磁芯；和

形成在所述软磁芯上的传送线圈，

其中所述软磁芯包含具有下面化学式的软磁合金：

[化学式]

Fe_100-a-b-cX_aY_bZ_c

此处，X为成核元素，Y和Z为准金属元素，a在0.1原子％～2.0原子％的范围内，b在1原子％～10原子％的范围内，且c在1原子％～10原子％的范围内。

10.一种无线充电系统的无线电力接收装置，所述装置包含：

软磁片；和

形成在所述软磁片上的接收线圈，

其中所述软磁片包含具有下面化学式的软磁合金：

[化学式]

Fe_100-a-b-cX_aY_bZ_c

此处，X为成核元素，Y和Z为准金属元素，a在0.1原子％～2.0原子％的范围内，b在1原子％～10原子％的范围内，且c在1原子％～10原子％的范围内。