[发明专利]通量集中器和制作磁通量集中器的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及磁通量集中器和制造磁通量集中器的方法。

背景技术

磁通量集中器(有时被称为通量引导件、通量聚焦器、通量增强器、通量分流器、通量控制器、通量反射器以及其它名称)一般已公知并且已在感应加热和感应电能传输这些应用中使用。通量集中器增强了在某些区域中的磁场，并且能协助增加电能传输或热传输中的效率。在没有集中器的情况下，磁场很有可能扩散，并且与任何导电的周围事物相交叉。在某些情况下，磁通量防护罩可以是一种磁通量集中器。

有时将软磁材料(即，在施加外部磁场时被磁化的材料)用于制造通量集中器中。软磁材料具有随机布置的磁畴。通过施加外部磁场可暂时布置磁畴。

用在制造通量集中器的最普通软磁材料之一是铁素体。铁素体通量集中器是致密结构，其通常通过将氧化铁与一种或多种金属(诸如镍、锌或锰等)的氧化物或碳酸盐混合制成。由于金属氧化物(包括一些不含铁的金属氧化物)的众多组合物，因此“铁素体”的种类是极其多样的。通常，它们被压制，然后于高温下在窑中烧结并且机加工成适用于线圈的几何形状。铁素体一般具有很高的磁导率(通常超过μ_r＝2000)和低饱和通量密度(通常在3000至4000高斯之间)。铁素体通量集中器的主要缺陷在于当被制造呈薄横截面时它们时常是脆的且趋于歪斜(warp)。铁素体也通常具有低饱和通量密度并且因此容易变为饱和，并且由此比空气在其它磁场面前不再更显著地可对磁场进行渗透，这在一些应用中可能是不期望的。铁素体通量集中器有时被制作得更厚来对脆性及低饱和通量密度进行补偿。铁素体通量集中器可被机加工得更薄，可是硬度会使其变得困难。然而，机加工薄部件将不能解决饱和问题或体积的可制造性。而且，机加工部件可使得批量生产昂贵并且困难。

有时被用在制造通量集中器的另一种软磁材料是磁电介质材料(MDM)。这些材料由软磁材料和电介质材料制成，其充当了颗粒的粘结剂和电绝缘体。MDM通量集中器以两种形式出现：可成形的和固体的。可成形的MDM为油灰状并被期望被模制成配合线圈的几何形状。通过用后续热处理压制金属粉末和粘合剂来生产固体的MDM。MDM通量集中器的特性是除了其他以外而基于粘结剂的百分比进行变化的。通常，粘结剂越少则渗透性越高。然而，在传统的布置中，更少的粘结剂转化成了更多的金属相互(metal on metal)接触，并且因此在通量集中器的使用期间形成了更多的涡电流(eddy currents)。尽管MDM通量集中器可以制造成具有薄的轮廓，由于变化的粘结剂百分比的竞争效应(competing effects)，因此难以制造出具有所有期望的磁和热特性的MDM通量集中器。

诸如手机、mp3播放机和PDA等消费电子器件正趋向于细长的轮廓。同时，对能够接受无线电能的便携装置的需求在不断地增长。适合于与无线充电系统一同使用的电流通量集中器一般太厚，并且因此会明显地增加消费装置的轮廓。相应地，期望一种可制造出具有期望的磁和热特性的、适合于与无线电能传输系统一同使用的薄的通量集中器的方法。

发明内容

本发明提供了通量集中器和用于制造通量集中器的方法。在一个实施方式中，该方法包括下列步骤：1)使粉末状软磁材料、粘结剂、溶剂以及一种或多种润滑剂相结合；2)至少将粉末状软磁材料、粘结剂和溶剂以充足的时间进行混合，以便溶解溶剂中的粘结剂来生成混合物；3)使溶剂从混合物中蒸发；4)将混合物模制以形成通量集中器；并且5)将通量集中器固化(cure)。使用适宜类型和数量的材料，所产生的磁通量集中器可被制造成具有适于与无线电能传输系统一同使用的磁和热特性。另外，所产生的磁通量集中器可被可靠地制造成具有与无线电能传输系统相适宜的尺寸。例如，在一个实施方式中，可将磁通量集中器制造成具有大于或等于约500mT的饱和磁感应强度，并且具有约25比1的最小的宽度对厚度尺寸比、或者最小的高度对厚度尺寸比。由于颗粒或聚结物的大小被保持在特定范围内，这些结果(至少部分地)是可实现的。在一些实施方式中，在模制之前，可筛选混合物来控制待被模制的颗粒或聚结物的大小。在一个实施方式中，粉末状软磁材料被聚结并被筛选为在约75微米和430微米之间。在可替换实施方式中，粉末状软磁材料颗粒的大小是天然地在75微米和430微米之间，所以无需形成聚合物并且没有必要进行筛选。