1.本公开整体涉及磁性隔离器,并且涉及相关设备和方法。
背景技术:
2.可穿戴电子系统诸如智能电话的出现和发展,促成了高效功率存储、功率转换和功率传输方面的技术进步。功率传输应用需要高性能的磁性材料来实现功能,诸如对系统其余部分的杂散射频功率进行电感耦合和电磁干扰屏蔽。
3.电感耦合促进电能在两个电线圈之间的近场无线传输。电感耦合广泛用于无线充电系统中。在该方法中,一个设备中的发射线圈将电力跨短距离传输至其他设备中的接收线圈。线圈之间的电感耦合可以通过使用高磁导率磁性材料来增强。
技术实现要素:
4.一些实施方案涉及一种制品,该制品包括一个或多个磁性隔离器。每个磁性隔离器包括粘附到基底的碎片化磁性金属材料层。该磁性金属材料的这些碎片由空间隔开并以非随机图案布置。该碎片化磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t,并且这些空间具有小于0.5t的平均宽度。
5.根据一些实施方案,一种设备包括在暴露于电磁信号时是磁损耗的材料。该设备包括被配置用于发射或接收该电磁信号的天线。磁性隔离器设置在该天线和该磁损耗材料之间。每个磁性隔离器包括粘附到基底的碎片化磁性金属材料层。该磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t。将该磁性金属材料的这些碎片隔开的空间具有小于0.5t的平均宽度并以非随机图案布置。
6.一些实施方案涉及一种制造磁性隔离器的方法。使磁性金属材料层断裂成以非随机图案布置的碎片,其中空间将这些碎片隔开。该磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t,并且将这些碎片隔开的这些空间具有小于0.5t的平均宽度。
附图说明
7.图1a是示出根据一些实施方案的磁性隔离器的结构的平面图;
8.图1b是图1a的磁性隔离器的剖视图;
9.图1c示出了图1a的磁性隔离器的一部分的特写;
10.图1d示出了将图1a的磁性隔离器的磁性材料碎片隔开的裂纹的特写剖视图。
11.图2是根据一些实施方案的具有由空间隔开的碎片的磁性隔离器的平面图,其中这些碎片以非重复图案布置;
12.图3是根据一些实施方案的具有以一维重复图案布置的矩形碎片的磁性隔离器的平面图;
13.图4是根据一些实施方案的具有以二维阵列布置的正方形碎片的磁性隔离器的平面图;
14.图5是根据一些实施方案的具有以径向图案布置的三角形碎片的磁性隔离器的平面图;
15.图6是根据一些实施方案的具有形成同心正方形的碎片的磁性隔离器的平面图;
16.图7是根据一些实施方案的具有形成同心圆的碎片的磁性隔离器的平面图;
17.图8a是示出根据一些实施方案的堆叠磁性隔离器的剖视图的图;
18.图8b以分解图示出了图8a的磁性隔离器。
19.图9a至图9c是示出用于制造根据本文所讨论的实施方案的磁性隔离器的过程的图;
20.图10是示出根据一些实施方案的制造包括一个或多个磁性隔离器的制品的过程的流程图;
21.图11a至图11e示出了根据一些实施方案的使磁性金属材料压裂以实现碎片的非随机图案的过程;
22.图12是根据一些实施方案的可结合如本文所讨论的一个或多个磁性隔离器以促进无线电池充电或其它过程的系统的框图;
23.图13是天线用线的横截面的剖视图,其示出了在接收或发射天线线圈附近磁通量线的成形;
24.图14和图15示出了根据一些实施方案的具有相对于磁性隔离器的碎片布置的线圈的磁性隔离器的平面图;
25.图16是示出根据碎片尺寸变化的实磁导率的测量值的图;
26.图17是示出根据从样品测量的碎片尺寸变化的铁磁共振频率(f(fmr))的测量值的图;
27.图18是示出相对于磁性隔离器的压缩因子的电阻率值(各自对4个样品平均)的图;
28.图19示出了具有碎片的长轴平行于正方形隔离器材料片的外边缘布置的样品;
29.图20示出了具有碎片的长轴垂直于正方形隔离器材料片的外边缘布置的样品;
30.图21是用于测试图19和图20的样品的堆叠的图;
31.图22提供了关于图19和图20的样品的所接收功率rx的功率传输效率(功率接收/功率发射(prx/ptx))的图;
32.图23示出了用于测量磁导率的具有线性或一维压裂的样品;以及
33.图24是示出图23的样品的平行和垂直磁导率的图。
34.图未必按照比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而,应当理解,在给定图中使用数字指代部件不旨在限制另一个图中用相同数字标记的部件。
具体实施方式
35.本公开涉及磁性隔离器膜,并且涉及制造和使用磁性隔离器的方法。磁性隔离器(也称为通量场定向材料)是用于帮助将发射磁场耦合到接收线圈以增加功率传输效率的软磁材料薄片。这些磁性隔离器放置在接收线圈的与发射线圈相反的侧上,以将任何附近的磁损耗材料与发射磁场隔离。磁性纳米晶带材(ncr)通常用作此类隔离器中的软磁材料。诸如本文所描述的那些磁性隔离器膜已应用于为诸如移动电话的电子设备供电的电池的
无线充电中。例如,磁性隔离器膜可用于在无线充电期间引导磁场,以屏蔽电池和/或其它电子设备部件使它们免受电磁场影响,以减少由磁场感应的涡流,和/或以增强无线充电系统的传输效率和/或q因子。
36.磁性金属ncr可用于磁性隔离器中并且通常被断裂或压裂,以减小电导率,这减少材料中的涡流损失。压裂的另一个大体上积极的影响是其增加铁磁共振频率f(fmr),该铁磁共振频率是对应于磁导率的虚分量中的最大值的频率。然而,使ncr压裂还减小ncr的磁导率μ,该磁导率是ncr携载磁通量的能力的量度。对于给定应用,需要平衡这些值之间的折衷。
37.这些量的值(磁导率、f(fmr)和电导率)在本文中已经显示与压裂带材的碎片大小相关。根据所公开的实施方案,通过受控压裂过程控制碎片大小实现在针对给定经退火的磁性材料实现的范围内的特定磁导率、电导率和f(fmr)值。除了能够“拨入”这些值之外,所公开的方法还减少了这些值在样品内以及在样品之间的变化。下文所讨论的方法提供了对磁性隔离器膜的磁导率、fmr频率和电导率值的一些控制。另外,这些方法提供对这些参数值的分布的控制,从而减少了参数的空间变化。
38.图1a是示出根据一些实施方案的磁性隔离器100的结构的平面图,并且图1b是示出该结构的剖视图。磁性隔离器100包括基底110,该基底具有粘附到基底的碎片化磁性金属材料层120。磁性金属材料碎片121由在层的平面中延伸的空间122隔开。碎片以非随机图案布置。
39.基底110可包括柔性聚合物膜或带。根据一些实施方案,基底是可具有约50μm厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯层。磁性金属材料可以是经退火的纳米晶磁性金属材料。例如,磁性金属材料可包括诸如纳米晶fe、ni、co或它们的合金的材料。磁性金属材料还可包括增强这些纳米晶体的形成和最终大小的材料,诸如cu、zr、nb和hf。磁性金属材料还可包括增强这些纳米晶体之间的磁性耦合或纳米晶体本身的磁性特性的材料,诸如si和b。磁性材料可具有例如大于约50的平均相对磁导率和大于100μω-cm的平均电阻率。
40.图1c示出了磁性隔离器100的一部分100a的特写。如特写部分100a所描绘,磁性材料层120具有在许多实施方案中可大于1μm的厚度t。碎片121之间的空间122在层120的主表面131、132之间延伸并且具有小于约0.5t、小于约0.1t或甚至小于0.05t的平均宽度w。大部分空间122可沿着层120的厚度轴基本上延伸,例如超过层120的第一主表面131和层120的第二主表面132之间的整个距离的75%。在一些具体实施中,大部分空间122基本上垂直地(例如,从垂直方向偏离小于约 /-10度)延伸穿过层120的厚度。碎片可大体上近似于直立棱柱,该直立棱柱是三维的并且具有形状相同的两个平行基部和取决于基部形状的若干矩形面。基部和矩形面以约90度角相交。
41.根据一些配置,空间122是使磁性材料层120压裂的结果。空间122包括裂纹伪影,这些裂纹伪影将裂纹与其它类型的空间诸如通过光刻或激光刻划形成的空间区隔开。与光刻或激光刻划间隙相比,裂纹包括裂纹侧壁上可用于将空间识别为裂纹的可观察到的伪影。图1d示出了将磁性材料碎片121隔开的裂纹122’的特写剖视图。裂纹122’的左侧侧壁122
’‑
l包括特征部122a、122b。裂纹122’的右侧侧壁122-r具有与左侧侧壁特征部122a、122b互补的特征部122a’、122b’。特征部122a’、122b’、122a、122b可包括配合在小凹部或其它类型的互补特征部内的小突起部。此外,由于不含蚀刻过程过切或底切的位置,裂纹可与
通过涉及化学蚀刻的方法形成的空间区隔开;由于空间侧壁处因热暴露造成的可观察到的结构和/或材料变化诸如熔融,裂纹可与通过激光刻划或涉及热量的其它过程形成的空间区隔开。
42.具有伸长结构的磁性材料碎片可表现出磁形状各向异性,其中该碎片具有易磁化轴和正交难磁化轴。根据一些实施方案,大部分碎片具有伸长形状,该伸长形状致使这些碎片沿着大体上位于层的平面中的易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性。
43.如图2至图6的平面图所示,空间在将碎片彼此隔开或至少部分隔开的磁性层的x-y平面中线性地延伸。在一些配置中,所有或一些空间相交,尽管空间不需要相交,如至少图5所示的那样。在图2至图6的平面视图中可观察到碎片的图案。碎片的图案是非随机的,并且可以是如图2、图6和图7所示的非重复图案。然而,在许多配置中,碎片的图案是以规则间隔重复的图案。当在平面图中观察时,碎片的表面在磁性层的x-y平面中形成几何形状、矩形、正方形、三角形、圆形等。裂纹间距可为约0.5mm至约2mm。碎片的表面积可在例如约0.25mm2至约100mm2的范围内,或者大于约t2。
44.图2是具有由空间222隔开的碎片221的磁性隔离器200的平面图,其中碎片221以非重复啁啾图案布置。图3是具有由空间322隔开的碎片321的磁性隔离器300的平面图。磁性隔离器300的碎片321的表面形成基本上相同的伸长矩形,这些基本上相同的伸长矩形以重复图案布置,使得伸长矩形沿着图3中的x方向跨基底310水平延伸。图4是具有由空间422隔开的碎片421的磁性隔离器400的平面图。碎片421的表面形成正方形,这些正方形以重复图案布置,使得正方形形成图4中在x和y方向上跨基底410延伸的二维阵列。图5是具有由空间522隔开的碎片521的磁性隔离器500的平面图。空间522从磁性隔离器500的中心辐射,使得碎片521的表面形成重复三角形。需注意,隔离器500的一些空间523不彼此相交。一般来讲,磁性隔离器的所有空间、一些空间或没有空间彼此相交。图6是具有由空间622隔开的碎片621的磁性隔离器600的平面图。这些空间形成同心正方形。图7是具有由空间722隔开的碎片721的磁性隔离器700的平面图。这些空间形成同心圆。图6和图7是隔离器600、700的示例,这些隔离器包括以非重复图案跨磁性隔离器600、700的x-y平面布置的碎片621、721。图7提供了跨磁性隔离器700的x-y平面非线性地延伸的空间722的一个示例。
45.在一些具体实施中,如图8a的剖视图和图8b的分解图所示,堆叠多个磁性隔离器可为有用的。图8a和图8b示出了具有第一磁性隔离器800-1和第二磁性隔离器800-2的制品800,其中在该实施方案中,第二磁性隔离器800-2堆叠在第一磁性隔离器800-1上。磁性隔离器800-1、800-2中的一个磁性隔离器或两个磁性隔离器包括基底810-1、810-2,这些基底具有粘附到基底810-1、810-2的碎片化磁性金属材料层820-1、820-2。磁性金属材料碎片821-1、821-2由在层820-1、820-2的平面中延伸的空间822-1、822-2隔开。碎片821-1、821-2以非随机图案布置。在一些实施方案中,所有空间中的至少一些空间线性地延伸。在一些实施方案中,空间中的至少一些空间非线性地延伸。
46.在一些配置中,第一隔离器和第二隔离器具有与图8a和图8b中相同的碎片图案。另选地,第一隔离器和第二隔离器的碎片图案可不同。在一些实施方案中,第一磁性隔离器和第二磁性隔离器的碎片图案相同,但是图案相对于彼此旋转,例如旋转约90度,如图8a和图8b所描绘的实施方案中那样。在一些实施方案中,粘合剂层可布置在第一磁性隔离器和第二磁性隔离器之间。一般来讲,两个或更多个单层磁性隔离器(包括如上文所描述的那些
中的任一个单层磁性隔离器)可堆叠,任选地在它们之间具有薄粘合剂层。所堆叠的层可以相同图案压裂,并且彼此对准。或者,它们可具有互补图案,从而产生与任何一个层本身不同的总体磁各向异性轮廓。
47.图9a至图9c是示出用于制造根据本文所讨论的实施方案的磁性隔离器的过程的图。在基底上形成经退火的未碎片化纳米晶磁性金属层可使用任何已知过程来实现。在一些实施方案中,经退火的未碎片化纳米晶磁性金属层任选地夹置于单侧粘合带的两个层之间。带的一个层可与带的另一个层相比更具弹性,从而具有更低平面内刚性。带的弹性是允许夹置结构在“压裂工具”上柔顺的方面。具有较高平面内刚性的带用于将未碎片化纳米晶磁性金属层碎片在断裂之后保持在一起,从而用作磁性隔离器的基底。假定碎片之间的间距影响碎片之间的总体电阻率和退磁场。弹性带还可具有低粘性粘合剂,因为该带的目的主要是通过压裂过程保护纳米晶磁性金属层。
48.图9a示出了悬在磁性隔离器900之上的压裂工具990的侧视图,该磁性隔离器包括堆叠,该堆叠包括设置在基底910上的未碎片化纳米晶磁性金属层920。图9b示出了在使磁性金属层920压裂的过程期间压裂工具990与基底910接触的前视图。带的保护层(未示出)可设置在磁性隔离器900上,与如先前所讨论的磁性金属层920直接接触。在一种配置中,压裂工具990可以是刀片。刀片990可刚好钝到不足以切割穿过基底910。柔顺表面995(例如,薄橡胶)位于磁性金属层的与压裂工具990相反的侧上,当施加力时,该柔顺表面致使磁性金属层920和基底910折叠在压裂工具990的刀刃之上。最佳地,压裂工具990同时沿着整条预期断裂线接触磁性隔离器。这不同于在磁性金属层之上滚动的圆形断裂工具(盘形刀刃),因为这将在任何时候都只在一点处接触纳米晶磁性金属层。在滚动刀刃的情况下所得的裂痕将是从接触点在所有方向上辐射的多条裂痕线,而期望的裂痕是由刀片990的几何形状和放置限定的线性裂痕922。图9c是示出在使用压裂工具990跨磁性金属层920产生单个对角裂纹922之后的设置在基底上的磁性金属层910的图。
49.图10是示出根据一些实施方案的制造包括一个或多个磁性隔离器的制品的过程的流程图。该过程包括使磁性金属材料层断裂1010成碎片。断裂继续,直到1020磁性金属材料层断裂成由空间(裂痕)隔开的碎片的非随机图案为止。该磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t,并且将这些碎片隔开的这些空间具有小于0.5t的平均宽度。根据一些实施方案,制品可包括多个磁性隔离器。如上文所述使每个磁性隔离器断裂,并且堆叠1030压裂的隔离器。
50.图11a至图11e示出了根据一些实施方案的使磁性金属材料压裂以实现碎片的非随机图案的过程。通过适当的工具加工,所示出的过程可自动化并且以任意精度控制。
51.将经退火的磁性金属膜粘附到基底,诸如50μm pet基底。然后在一侧上将该堆叠切成例如约50mm的正方形。应当理解,其它形式也是可能的。然后用刀片使磁性金属材料1120沿着两条对角线压裂,其方式为:将层堆叠放置在柔性材料(例如硅树脂或橡胶)薄片上,并且用刚好足以致使磁性金属材料在下面断裂同时不切割穿过pet的力向下按压刀片刃。图11a是示出包括具有对角裂纹1122的磁性金属材料1120的层堆叠1100的平面图。
52.然后将层堆叠1100放置在凸起柔性材料台板1196上,该台板被成形为匹配两条对角裂纹,使得裂纹与凸起台板1196的边缘对准,如图11b所示。使用刀片1190以期望的间距进一步使样品压裂,如图11c所示。新裂纹1123基本上垂直于层堆叠的侧延伸。仅由凸起台
板1196背撑的磁性金属材料1120在刀片1190的力下压裂,并且对角裂纹1122充当用于终止这些裂纹1123传播的边界。在一个方向完成所有裂纹之后,将层堆叠1100旋转90度,并且重复该过程以形成如图11d所描绘的另一组裂纹1124。图11e是包括压裂磁性金属层1120的磁性隔离器1100的平面图。
53.上文概述的过程不必是如所述那样零碎的。例如,压裂过程可在缠带ncr的连续辊上进行,其中若干组台板和刀片设置成一行和处于适当取向以形成期望的带裂纹图案。然后,从该辊中,可切割出各个样品。
54.本文所讨论的磁性隔离器可用于各种具体实施中,包括用于为诸如移动电话的电子设备供电的电池的无线充电中。无线充电通过电磁感应将能量从充电器传输到接收器。充电器使用感应线圈来产生交流电磁场。磁场在接收线圈中产生电流,该电流用于对电池进行充电。磁性隔离器可用于使接收线圈和/或充电器线圈的磁场成形,以增加能量传输和/或将任何附近的有损耗材料与磁场隔离。
55.图12是可结合如本文所讨论的一个或多个磁性隔离器以促进无线电池充电或其它过程的系统1200的框图。系统1200包括电子设备1280,该电子设备包括需要周期性充电的电池1281和被配置为对电池1281进行无线充电的充电设备1290。电子设备1280包括电子电路1283,诸如制造和接收移动电话呼叫所需的电路系统等。电池1281供应用于为电子电路1283供电的能量。
56.充电设备1290包括感应线圈1292,该感应线圈通电以产生电磁场。当使电子设备1280接近感应线圈1292时,感应线圈感应地耦合到电子设备1280的接收线圈1282。接收线圈1282将电磁场转换为用于对电池1281进行充电的电流。
57.电子设备1280和充电设备1290中的一者或两者可包括如本文所讨论的磁性隔离器1285、1295,该磁性隔离器布置在接收线圈1282或发射线圈1292和设备1280、1290的部件1281、1283、1291之间。当暴露于电磁场时,部件1281、1283、1291可能是磁损耗的。磁性隔离器1285、1295可使接收线圈和/或充电器线圈的磁场成形,以增加能量传输和/或将任何附近的有损耗材料与磁场隔离并防止两个设备中的电磁干扰(emi)问题。
58.在当前可用的隔离器中,所得碎片不会在任何一个方向上被有意伸长,并且因此具有很少或没有磁形状各向异性。事实上,在磁通量引导材料的许多应用中,通常仅认为磁形状各向异性具有消极后果。在这种情况下,减少涡流损失和维持高磁导率之间的折衷是固定的。
59.在一些实施方案中,有意使磁性金属材料压裂成具有高长宽(长径)比的碎片,使得碎片维持其沿着长轴的高磁导率,同时仍然明显减少涡流损失。当感应磁场与碎片的长轴对准时,碎片能够承载更多的磁通量。以此方式,可使磁导率和电导率之间的折衷更有利。
60.图13是天线用线1302的剖视图,其示出了在接收或发射天线线圈1302附近磁通量线1301的成形。通量线1301受磁性隔离器1300的磁性金属材料碎片1321影响。在一些实施方案中,如图所示使碎片1321的长轴1399平行于磁通量线1301对准可为有用的,如下文更详细地讨论。当碎片1321在几乎平行于通量线1301的方向的方向上伸长并且未破裂时,碎片1321的磁导率(承载磁通量的能力)仍然很高。在这种配置中,增强了用于减少输入设置在隔离器1300下方的有损耗材料的通量线的磁性隔离器1300的有效性。
61.上文所讨论的压裂技术使得能够形成具有高度磁各向异性的磁性金属材料伸长碎片,这些伸长碎片可相对于天线线圈取向,从而增加传输效率。磁各向异性以压裂的磁性金属材料的高长径比碎片的磁形状各向异性的形式提供。大部分碎片可形成为沿着位于层的平面中的易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性。根据一些具体实施,例如沿着易轴的磁导率可比沿着难轴的磁导率大约1.3倍或甚至大约5倍。
62.在电子设备或充电设备的一些配置中,线圈天线包括至少一个导电天线区段。磁性金属材料碎片具有磁形状各向异性。这些碎片被布置成使得天线区段的大部分长度基本上垂直于碎片的易(长)轴。例如,天线区段的多于50%的长度可与易轴基本上垂直,例如,90度 /-10度。图14和图15示出了布置,其中磁性金属材料碎片相对于天线线圈的取向利用碎片的磁形状各向异性来增强从线圈的能量传输。
63.图14示出了磁性隔离器1400的平面图,该磁性隔离器包括磁性金属层1420,该磁性金属层被压裂成多边形碎片1421的四个三角形片段1400a-b。大部分碎片1421具有大于1的长径比,使得多边形的长度大于其宽度。因此,这些碎片将表现出磁形状各向异性,其中将易磁化轴沿着碎片1421的长轴放置。
64.图14还示出了相对于磁性隔离器1400布置的线圈1490的轮廓。在图14中描绘的配置中,线圈1490包括形成同心圆化矩形的多个线匝1491、1492、1493、1494。每个矩形线圈线匝1491、1492、1493、1494的每个侧(顶侧、底侧、左侧、右侧)被取向成使得侧基本上垂直于碎片1421a-d的长轴。例如,多边形1421a的长轴基本上垂直于圆化矩形1491-1494的右侧;多边形1421b的长轴基本上垂直于圆化矩形1491-1494的底侧;多边形1421c的长轴基本上垂直于圆化矩形1491-1494的左侧;并且多边形1421c的长轴基本上垂直于圆化矩形1491-1494的顶侧。当线圈线匝1491、1492、1493、1494通电时,存在的磁通量线在垂直于线圈轴线的平面上围绕线圈线匝形成圆形环。由这些通量环形成的平面基本上与碎片1421a-d的长轴平行。该布置增强了从线圈1490的能量传输。
65.图15示出了磁性隔离器1500的平面图,该磁性隔离器包括磁性金属层1520,该磁性金属层具有从磁性隔离器的中心辐射输出的三角形或多边形碎片1521。大部分碎片1521具有大于其宽度的长度。因此,这些碎片1521将表现出磁形状各向异性,其中易磁化轴沿着碎片1521的长度轴放置。
66.图15还示出了相对于磁性隔离器1500布置的线圈1590的轮廓。在图15所描绘的配置中,线圈1590包括形成同心圆的多个线匝1591、1592、1593、1594。每个圆形线圈线匝1591、1592、1593、1594被取向成使得线圈线匝垂直于碎片1521的长度轴。当线圈线匝1591、1592、1593通电时,存在的磁通量线在垂直于线圈轴线的平面上围绕线圈线匝形成圆形环。由这些通量环形成的平面基本上与碎片1521的长轴平行。如图14和图15所描绘的磁性金属材料碎片相对于线圈线匝的布置增强了从线圈的能量传输。
67.本文所述的实施方案包括:
68.项1.一种制品,该制品包括:
69.一个或多个磁性隔离器,每个磁性隔离器包括:
70.基底;和
71.碎片化磁性金属材料层,该碎片化磁性金属材料层粘附到该基底,该磁性金属材料的碎片由空间隔开并以非随机图案布置,该磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t,并且
这些空间具有小于0.5t的平均宽度。
72.项2.根据项1所述的制品,其中该磁性金属材料具有大于约50的平均相对磁导率。
73.项3.根据项1至2中任一项所述的制品,其中该磁性金属材料具有大于100μω-cm的平均电阻率。
74.项4.根据项1至3中任一项所述的制品,其中该非随机图案是重复图案。
75.项5.根据项1至4中任一项所述的制品,其中大部分这些空间在该层的主表面之间基本上垂直地延伸穿过该层的该厚度。
76.项6.根据项1至5所述的制品,其中大部分这些空间沿着该层的厚度轴基本上延伸第一主表面和第二主表面之间的整个距离。
77.项7.根据项1至6中任一项所述的制品,其中这些空间中的至少一些空间在该层的平面中线性地延伸。
78.项8.根据项1至7中任一项所述的制品,其中大部分这些碎片是直立几何棱柱。
79.项9.根据项1至8中任一项所述的制品,其中大部分这些碎片具有大于约t2的表面积。
80.项10.根据项1至9中任一项所述的制品,其中该磁性金属材料包括纳米晶磁性金属材料。
81.项11.根据项1至10中任一项所述的制品,其中该磁性金属材料包括fe、ni、co中的至少一者。
82.项12.根据权利要求1所述的制品,其中该一个或多个磁性隔离器单元包括多个堆叠磁性隔离器单元。
83.项13.根据项1至12中任一项所述的制品,其中大部分这些碎片沿着位于该层的平面中的易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性。
84.项14.一种设备,该设备包括:
85.材料,该材料在暴露于电磁信号时是磁损耗的;
86.天线,该天线被配置用于发射或接收该电磁信号;
87.磁性隔离器,该磁性隔离器设置在该天线和该磁损耗材料之间,每个磁性隔离器包括:
88.基底;
89.碎片化磁性金属材料层,该碎片化磁性金属材料层粘附到该基底,该磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t;和
90.将该磁性金属材料的碎片隔开的空间,这些空间具有小于0.5t的平均宽度并以非随机图案布置。
91.项15.根据项14所述的设备,其中该磁损耗材料包括电子电路和能量存储设备中的一者或两者,该能量存储设备被配置为向该电子电路供应功率。
92.项16.根据项14至15中任一项所述的设备,其中大部分这些碎片沿着位于该层的平面中的易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性。
93.项17.根据项14至16中任一项所述的设备,其中:
94.该非随机图案以规则间隔重复;以及
95.大部分这些碎片是直立几何棱柱。
96.项18.一种制造磁性隔离器的方法,该磁性隔离器包括堆叠,该堆叠包括设置在基底上的磁性金属材料,该方法包括:使该磁性金属材料断裂成以非随机图案布置的碎片,其中空间将这些碎片隔开,该磁性金属材料层具有大于1μm的厚度t,并且将这些碎片隔开的这些空间具有小于0.5t的平均宽度。
97.项19.根据项18所述的方法,其中使该磁性金属材料断裂包括:重复地使刀刃与该堆叠接触,并且通过该刀刃向该层施加压力,直到该磁性金属材料断裂以形成以该非随机图案布置的这些碎片为止。
98.项20.根据项18至19中任一项所述的方法,该方法还包括:
99.制造一个或多个附加磁性隔离器;以及
100.堆叠该磁性隔离器和该附加磁性隔离器。
101.项21.一种制品,该制品包括:
102.一个或多个磁性隔离器,每个磁性隔离器包括:
103.基底;和
104.至少一个碎片化磁性金属材料层,该至少一个碎片化磁性金属材料层粘附到该基底,该磁性金属材料的碎片由空间隔开,大部分这些碎片沿着位于该层的平面中的易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性。
105.项22.根据项21所述的制品,其中沿着这些易轴的磁导率比沿着该难轴的磁导率大至少1.3倍。
106.项23.根据项21至22中任一项所述的制品,其中:
107.该层具有大于1μm的厚度t;以及
108.这些空间具有小于0.5t的宽度。
109.项24.根据项21至23中任一项所述的制品,其中这些碎片以非随机图案布置。
110.项25.根据项24所述的制品,其中该非随机图案是重复图案。
111.项26.根据项21至25中任一项所述的制品,其中这些碎片的长轴对应于这些易轴并且从该层的内部区域朝向该层的边缘区域延伸。
112.项27.根据项21至26中任一项所述的制品,其中大部分这些碎片是矩形或三角形直立几何棱柱。
113.项28.根据项21至27中任一项所述的制品,其中该磁性隔离器包括多个堆叠磁性隔离器。
114.项29.根据项28所述的制品,其中这些多个堆叠磁性隔离器单元包括:
115.第一磁性隔离器单元,该第一磁性隔离器单元具有碎片化磁性金属材料的第一层,该第一层的碎片以第一图案布置;和
116.第二磁性隔离器单元,该第二磁性隔离器单元具有碎片化磁性金属材料的第二层,该第二层的碎片以不同于该第一图案的第二图案布置。
117.项30.根据项28所述的制品,其中这些多个堆叠磁性隔离器中的每个磁性隔离器的这些碎片以相同的图案布置。
118.项31.根据项30所述的制品,其中这些磁性隔离器中的一个磁性隔离器的该图案以与这些磁性隔离器中的另一个磁性隔离器的碎片的该图案成一定角度布置。
119.项32.一种设备,该设备包括:
120.一个或多个磁性隔离器,每个磁性隔离器包括:
121.基底;和
122.至少一个碎片化磁性金属材料层,该至少一个碎片化磁性金属材料层粘附到该基底,该磁性金属材料的碎片由空间隔开,大部分这些碎片分别沿着这些碎片的易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性,这些易轴和这些难轴位于该层的平面中;和
123.天线,该天线包括至少一个导电天线区段,其中该天线区段的大部分长度被布置成基本上垂直于表现出磁形状各向异性的一个或多个碎片的这些易轴。
124.项33.根据项32所述的设备,其中沿着这些易轴的磁导率比沿着这些难轴的该磁导率大约1.3倍。
125.项34.根据项32至33中任一项所述的设备,其中:
126.该层具有大于1μm的厚度t;以及
127.这些空间具有小于0.5t的宽度。
128.项35.根据项32至34中任一项所述的设备,其中这些碎片以非随机图案布置。
129.项36.根据项32至35中任一项所述的设备,其中该天线包括多个天线区段,并且每个天线区段是平面线圈的一个线匝。
130.项37.根据项36所述的设备,其中:
131.这些多个天线区段是同心圆化矩形;以及
132.这些碎片以包括由两个对角线对分的矩形的四个三角形区域的图案布置,其中相邻三角形区域中的碎片的这些易轴彼此基本上垂直。
133.项38.根据项36所述的设备,其中:
134.这些多个天线区段是圆形的;以及
135.这些碎片以径向图案布置。
136.项39.根据项36所述的设备,其中:
137.该磁性隔离器包括多个磁性隔离器单元,这些多个磁性隔离器单元包括至少第一磁性隔离器和第二磁性隔离器;以及
138.该天线区段的第一部分被布置成基本上垂直于该第一磁性隔离器的碎片的易轴;以及
139.该天线区段的第二部分被布置成基本上垂直于该第二磁性隔离器的碎片的易轴。
140.项40.根据项32至39中任一项所述的设备,该设备还包括:
141.电子电路系统;和
142.能量存储设备,该能量存储设备被配置为向该电子电路系统供应功率,其中该磁性隔离器设置在该接收天线和该电子电路系统与该能量存储设备中的一者或两者之间。
143.项41.一种制造磁性隔离器的方法,该磁性隔离器包括堆叠,该堆叠包括设置在基底上的磁性金属材料,该方法包括:使设置在基底上的该磁性金属材料断裂成碎片,其中空间将这些碎片隔开,大部分这些碎片沿着易轴和正交难轴表现出磁形状各向异性,该易轴和该难轴位于该层的平面中。
144.项42.根据项41所述的方法,其中使该磁性金属材料断裂包括使该磁性金属材料层断裂成以非随机图案布置的碎片。
145.项43.根据项41至42中任一项所述的方法,该方法还包括:
146.制造一个或多个附加磁性隔离器;以及
147.堆叠该磁性隔离器和该附加磁性隔离器。
148.实施例
149.实施例1
150.对于该演示,制备了三个磁性金属纳米晶带材(ncr)样品。ncr是通过在500c与600c之间的温度下在氮气中对将vitroperm vp800熔融纺丝带材(获自vacuumschmelze)进行退火制备的。将粘合剂带施加到ncr样品,然后用具有1mm、1.5mm和2mm间距的正交裂纹线使这些样品压裂。对于磁导率测量,将缠带且压裂的样品胶合到10mil厚的fr4(环氧树脂浸渍玻璃纤维)板,并切成内径和外径分别为6mm和18mm的环形面。对于此实施例,压裂是“用手”进行的,因此裂纹线之间的间距是近似的。
151.磁导率和铁磁共振f(fmr)是使用具有是德科技终端适配器(42942a)和同轴测试夹具(16454a)的安捷伦科技阻抗分析仪(e4990a)从各自对4个样品平均的阻抗测量结果获得。图16和图17中分别示出根据碎片尺寸变化的实磁导率(在10khz至100khz的范围内)和f(fmr)的值(各自对4个样品平均)。图16和图17指示实磁导率随着碎片尺寸增加,而f(fmr)随着碎片尺寸减小。
152.实施例2
153.使用4点探针测量系统对一组样品执行电阻率测量,这些样品以稍有不同的方式制备。在这些样品中,压裂是通过在金属丝网上压缩缠带ncr样品来执行的。尽管这些样品中的碎片大小未知,但是此实验表明,碎片大小由压缩力的量或压缩因子控制。随着压缩力增加,碎片大小减小,并且电阻率增加。图18是示出经丝网压裂的ncr的电阻率值(各自对4个样品平均)的图。对于这种压裂方法,碎片大小随着在此处所用的压缩因子范围内的压缩因子单调减小。
154.实施例3
155.研究了功率传输和线圈相对于具有磁形状各向异性的碎片的易轴的取向的关系。通过参考图11a至图11e讨论的一般技术制备两个样品,以显示碎片的长轴的有意对准和不对准的影响。一个样品1900是在碎片的长轴1921平行于隔离器材料的正方形片的外边缘的情况下制成,如图19所示,而另一个样品2000是在碎片2031的长轴与外边缘正交的情况下制成,如图20所示。在两个样品中,裂纹之间的间距为标称1mm。图19和图20中所示的隔离器样品用于功率传输效率测量。在图20所示的设计中,碎片2021与由线圈2090感应的磁场对准。在图19所示的设计中,碎片1921有意与由线圈1990感应的磁场不对准。
156.磁性隔离器样品放置在堆叠中,如图21所示。碎片化ncr 2120夹置于50μm聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的两个层2101、2102之间,并且通过两侧上的粘合剂保持在适当位置。铝板2110放置在下方,以模拟在使用此类无线充电线圈(例如电话电池、电子电路板等)的设备中发现的有损耗材料,并且放置在顶部上,以模拟在使用接收天线线圈的设备中发现的有损耗材料。在测量期间,发射线圈(图21中未示出)以固定距离与接收线圈2190相反放置。
157.测量这两个样品的功率传输效率,功率传输效率是天线线圈(接收器)接收的功率相对于另一线圈(发射器)发射的功率的比率。图22提供了关于样品1900(曲线2222)和样品2000(曲线2223)的所接收功率rx的功率传输效率(功率接收/功率发射(prx/ptx))的图。图
22中提供的曲线2222、2223表明,具有对准碎片的隔离器(图20中所示的隔离器2000)的表现显著优于具有不对准碎片的隔离器(图19中所示的隔离器1900)。
158.实施例4
159.为了进行磁导率测量,用图23所示的线性或一维压裂制备另一磁性隔离器样品。在裂纹之间的间距为标称1.0mm的在情况下制备样品。此样品的磁导率μ(实部)是平行于裂纹以及垂直于裂纹10hz至1000hz范围内的多个频率下测量的。结果示于图24中。在低频率和低激发下测量的这些磁导率值可视为样品的初始磁导率。平行值和垂直值之间的比率是碎片的各向异性程度的量度。
160.除非另外指明,否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此,除非有相反的说明,否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值,这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。由端点表述的数值范围的使用包括该范围内的所有数字(例如,1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
161.上述实施方案的各种变型和更改对于本领域中的技术人员都是显而易见的,并且应当理解,本公开不局限于本文所阐述的例示性实施方案。除非另外指明,否则读者应该假设一个公开的实施方案的特征也可应用于所有其它公开的实施方案。应该理解,所有本文引用的美国专利、专利申请、专利申请公开及其它专利和非专利文献都以其不与上述公开相矛盾的范围内以引用方式并入。