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    关 键 词:
    三维 形状 感应 充电 线圈 制造 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610694505.1

    申请日:

    2016.08.19

    公开号:

    CN106469945A

    公开日:

    2017.03.01

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):H02J 50/10申请日:20160819|||公开
    IPC分类号: H02J50/10(2016.01)I; H01F38/14; H01F27/28; H01F41/04; H02J7/00(2006.01)N 主分类号: H02J50/10
    申请人: 苹果公司
    发明人: 松雪直人; C·S·格拉哈姆; 川村麻纪子
    地址: 美国加利福尼亚
    优先权: 2015.08.21 US 62/208,451; 2016.03.28 US 15/082,935
    专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 李玲
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610694505.1

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.03.29|||2017.03.01

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本申请涉及三维形状的感应充电线圈及制造其的方法。三维感应充电线圈组件及制备其的方法。该方法可以包括构图固定到绝缘层的第一表面的第一导电层以形成被配置为发送或接收电力的线圈,构图固定到绝缘层与第一表面相对的第二表面的第二导电层以形成导电迹线元件,以及电耦合线圈和导电迹线元件。线圈、绝缘层和导电迹线元件可以被(例如,同时地)模制成三维形状。在一些实施例中,模制可以包括热成型过程(诸如压缩模制、真空成型等等)。

    权利要求书

    1.一种制备用于无线充电的三维感应线圈组件的方法,包括:
    构图固定到绝缘层的第一表面的第一导电层以形成被配置为发送或接收电力的线圈;
    构图固定到绝缘层与第一表面相对的第二表面的第二导电层以形成导电迹线元件;
    电耦合线圈和导电迹线元件;以及
    将线圈、绝缘层和导电迹线元件模制成三维形状。
    2.如权利要求1所述的方法,其中,线圈、绝缘层和导电迹线元件被同时模制。
    3.如权利要求1所述的方法,其中,构图第一导电层包括蚀刻第一导电层以形成线圈。
    4.如权利要求1所述的方法,其中,构图第二导电层包括蚀刻第二导电层以形成导电迹
    线元件。
    5.如权利要求1所述的方法,其中,电耦合线圈和导电迹线元件包括形成穿过绝缘层的
    通路。
    6.如权利要求1所述的方法,还包括:
    在模制之前层压线圈和绝缘层的第一表面的暴露区域。
    7.如权利要求1所述的方法,还包括:
    在模制之前将铁氧体层沉积到导电迹线元件和绝缘层的第二表面的暴露区域上。
    8.如权利要求1所述的方法,其中,第一导电层和第二导电层独立地包括金属。
    9.如权利要求1所述的方法,其中,第一导电层粘性地耦合到绝缘层的第一表面,并且
    其中第二导电层粘性地耦合到绝缘层的第二表面。
    10.一种用于无线充电的感应线圈组件,包括:
    绝缘层,所述绝缘层包括第一表面和与第一表面相对的第二表面;
    第一导电层,固定到绝缘层的第一表面并被构图以形成被配置为发送或接收电力的线
    圈;
    第二导电层,固定到绝缘层的第二表面并被构图以形成导电迹线元件,其中线圈和导
    电迹线元件电耦合。
    11.如权利要求10所述的感应线圈组件,其中,第一导电层、绝缘层和第二导电层由三
    维形状来表征。
    12.如权利要求10所述的感应线圈组件,其中,线圈和导电迹线元件通过穿过绝缘层形
    成的通路电耦合。
    13.如权利要求11所述的感应线圈组件,还包括:部署在第一导电层上的层压层,其中
    层压层由三维形状来表征。
    14.如权利要求11所述的感应线圈组件,还包括:部署在第二导电层上的铁氧体层,其
    中铁氧体层由三维形状来表征。
    15.如权利要求10所述的感应线圈组件,其中,第一导电层和第二导电层独立地包括金
    属,并且其中绝缘层包括聚合物。
    16.如权利要求10所述的感应线圈组件,其中,第一导电层粘性地耦合到绝缘层的第一
    表面,并且其中第二导电层粘性地耦合到绝缘层的第二表面。
    17.一种感应充电部件,包括:
    充电表面;以及
    与充电表面相邻的感应线圈组件,其中所述感应线圈组件包括:
    聚合物层,所述聚合物层包括第一表面和与第一表面相对的第二表面;
    第一金属层,粘性地耦合到聚合物层的第一表面并被构图以形成被配置为发送或接收
    电力的线圈;
    第二金属层,粘性地耦合到聚合物层的第二表面并被构图以形成导电迹线元件;以及
    穿过聚合物层形成的通路,所述通路电耦合线圈和导电迹线元件。
    18.如权利要求17所述的感应充电部件,其中,充电表面是非平面的,并且其中感应线
    圈组件由三维形状来表征,使得其符合非平面充电表面的轮廓。
    19.如权利要求17所述的感应充电部件,其中,感应线圈组件还包括:
    部署在第一金属层上的层压层。
    20.如权利要求17所述的感应充电部件,其中,感应线圈组件还包括:
    部署在第二金属层上的铁氧体层。

    说明书

    三维形状的感应充电线圈及制造其的方法

    对相关申请的交叉引用

    本申请要求于2016年3月28日提交的美国非临时专利申请No.15/082,935的优先
    权,该申请又要求于2015年8月21日提交的美国临时专利申请No.62/208,451的优先权权
    益,这两个申请的整体通过引用被结合于此,用于所有目的。

    技术领域

    本发明一般而言涉及无线充电。更具体而言,本发明的一些实施例涉及被配置为
    无线地发送和/或接收电力并且由三维形状来表征的感应线圈组件,以及制造感应线圈组
    件的方法。

    背景技术

    无线充电使用电磁场从充电设备(诸如充电站)向感应耦合的电子设备(诸如可穿
    戴设备、智能电话,等等)传送能量。通常,充电设备内的感应线圈(“发送器”)从例如流经线
    圈的交流电流(AC)生成时变电磁场。这个场通过电磁感应在电子设备(“接收器”)的第二感
    应线圈中生成对应的时变电流,并且电子设备可以使用这个生成的电流给其电池充电。彼
    此接近的发送器和接收器感应线圈有效地形成变压器。一般而言,对于要被传送的电力,感
    应线圈必须紧密靠近。当线圈之间的距离增加时,电力传送变得不太高效。

    接近性需求对于具有三维(例如,弯曲)充电表面的电子设备及其充电站会特别成
    问题。感应充电线圈一般具有平面的几何形状。因此,当常规线圈沿电子设备或充电站的非
    平面充电表面部署时,线圈的部分可以定位成离表面有一定距离。这增加了发送器和接收
    器线圈的部分之间的距离,由此降低了无线充电效率。

    在一种现有的解决方案中,已设计出缠绕线圈,其中电线物理缠绕在具有期望的
    三维几何形状的物体上。然而,这个过程是耗时的并且与线圈几何形状和电线间距的低精
    度相关,由此导致充电效率的不期望的损失。

    发明内容

    本发明的一些实施例涉及制备用于无线充电的三维感应线圈组件的方法。其它实
    施例涉及用于无线充电的三维感应线圈组件,并且其它一些实施例涉及包括这种三维感应
    线圈组件的感应充电器。根据本发明实施例的三维感应线圈组件可以在具有弯曲的充电表
    面的可穿戴电子设备(诸如Apple WATCH)中使用,但是本发明的实施例并不局限于此类应
    用。

    在一些实施例中,制备用于无线充电的三维感应线圈组件的方法可以包括构图
    (例如,通过蚀刻)固定到绝缘层的第一表面的第一导电层。构图可以形成被配置为无线地
    发送电力或接收电力的线圈??梢怨雇?例如,通过蚀刻)固定到绝缘层与第一表面相对的
    第二表面的第二导电层以形成导电迹线元件。在一些实施例中,第一导电层和第二导电层
    可以包括金属,并且绝缘层可以包括聚合物。线圈和导电迹线元件可以被电耦合(例如,通
    过穿过绝缘层形成的通路)。

    包括线圈、绝缘层和迹线元件的多层结构可以被模制成三维形状。在一些实施例
    中,模制可以包括压缩模制过程。在其它一些实施例中,模制可以包括真空成型过程。在一
    些实施例中,该方法还可以包括在模制之前层压线圈和绝缘层的第一表面的暴露区域。在
    进一步的实施例中,该方法可以包括在成型之前将铁磁性层(例如,铁氧体)沉积到导电迹
    线元件和绝缘层的第二表面的暴露区域上。在一些实施例中,包括线圈、绝缘层和迹线元件
    的多层结构可以被同时模制。

    在一些实施例中,提供了可以被用于无线充电的三维感应线圈组件,或者作为发
    送器或者作为接收器。三维线圈组件可以包括包含第一表面和与第一表面相对的第二表面
    的绝缘层;固定到绝缘层的第一表面并被构图以形成被配置为发送或接收电力的线圈的第
    一导电层;以及固定到绝缘层的第二表面并被构图以形成导电迹线元件的第二导电层。在
    一些实施例中,第一导电层和第二导电层可以包括金属,并且绝缘层可以包括聚合物。线圈
    和导电迹线元件可以被电耦合(例如,通过穿过绝缘层形成的通路)。第一导电层、绝缘层和
    第二导电层可以由三维形状来表征。

    在一些实施例中,线圈组件还可以包括部署在第一导电层上并且由三维形状来表
    征的层压层。在进一步的实施例中,线圈组件可以包括部署在第二导电层上并且由三维形
    状来表征的铁氧体层。

    在一些实施例中,提供了可以包括充电表面和与充电表面相邻的感应线圈组件的
    感应充电器。线圈组件可以包括包含第一表面和与第一表面相对的第二表面的聚合物层;
    粘性地耦合到聚合物层的第一表面并被构图以形成被配置为发送或接收电力的线圈的第
    一金属层;以及粘性地耦合到聚合物层的第二表面并被构图以形成导电迹线元件的第二金
    属层。线圈组件可以进一步包括穿过聚合物层形成的通路、所述通路电耦合线圈和导电迹
    线元件。在一些实施例中,充电表面可以是非平面的,并且感应线圈组件可以由三维形状来
    表征,使得其符合非平面充电表面的轮廓。在一些进一步的实施例中,线圈组件还可以包括
    位于第一金属层上的层压层。

    下面的具体描述结合附图提供了对本发明的性质和优点的更好理解,在附图中相
    同的附图标记有时候在多个图中用来指示相似或相同结构的结构元件。

    附图说明

    图1是根据本发明一些实施例的示例电子设备(即,手表)和对应的充电站的简化
    视图,其中每个都可以结合三维感应线圈组件;

    图2是部署在电子设备的弯曲充电表面上方的平面感应接收器线圈的简化横截面
    图,以及部署在充电站的弯曲充电表面下方的对应平面感应发送器线圈的简化横截面图;

    图3示出了根据本发明的一些实施例可用来形成三维感应线圈组件的多层结构;

    图4是根据本发明的一些实施例制备用于无线充电的三维感应线圈组件的方法的
    流程图;

    图5A是根据本发明的一些实施例在模制之前的多层线圈组件的简化横截面图;

    图5B是根据本发明的一些实施例在模制之前的另一个多层线圈组件的简化横截
    面图;

    图6A和图6B是示出根据本发明的一些实施例的压缩模制过程的简化图;

    图7A和图7B是示出根据本发明的一些实施例的真空成型过程的简化图;

    图8A和图8B是根据本发明的一些实施例的三维感应线圈组件的顶视图和底视图;

    图9示出了根据本发明的一些实施例已被成型为三维感应线圈组件的缠绕线圈;

    图10是根据本发明的一些实施例包括三维感应线圈组件的示例电子设备(即,手
    表)和充电站的简化横截面图。

    具体实施方式

    本发明的一些实施例涉及制备被配置为在电子设备或充电站中发送或接收电力
    的三维感应线圈组件的方法。如下面进一步详细描述的,该方法可以包括构图和模制多层
    线圈结构,以形成具有期望的三维形状的线圈组件。所描述的方法可以提供优于现有解决
    方案的多个优点,包括增强的线圈形状控制、提高的线圈维度的精度、形成占用更小空间的
    更薄线圈的能力、可扩展性以及更高效和低成本的制造过程。而且,所形成的线圈组件的三
    维形状可以精确地符合电子设备或充电站的充电表面的轮廓。当电子设备在充电站中“停
    靠”时,这种配置可以减小发送器和接收器线圈之间的距离,由此提高电力传送效率。

    本发明的实施例可以与一个或多个感应充电组件(诸如电子设备和充电器)一起
    操作。示例在图1中示出。如图所示,可穿戴电子设备100(即,手表)包括壳体102,其容纳显
    示器104和包括拨号盘106和按钮108的各种输入设备。

    设备100可以戴在用户的手腕上并通过带子110固定至手腕。带子110包括位于带
    子110的相对两端的凸耳112a、112b,所述凸耳在壳体102的相应凹部或小孔114a、114b中适
    配并允许带子110可移除地附连到壳体102。凸耳112a、112b可以是带子110的一部分,或者
    可以与带子可分离(和/或是分离)。一般而言,凸耳112a、112b可以锁入凹部114a、114b中,
    并由此保持带子110和壳体102之间的连接??翘?02可以包括电子电路(未示出),包括使设
    备100可以执行各种功能的处理器、通信电路和传感器。

    在壳体102内部的电池(未示出)为设备100供电。电池可以由外部电源进行再充
    电,并且设备100可以包括被配置为在无线电力传送系统中作为接收器操作的电路。例如,
    电路可以包括被配置为进行感应充电的接收器线圈,使得响应于外部施加的时变磁场而在
    线圈中生成电流。接收器线圈可以部署在壳体102中,并且更具体而言,在图1中所示的弯曲
    充电表面116上方。

    图1还示出了“充电器”或充电站100'。充电器100'包括弯曲的充电表面116',其被
    设计为符合设备100的表面116。充电器100'可以通过电缆(未示出)连接到外部电源,并且
    还可以包括电力发送部件(诸如感应发送器线圈)以便无线地向设备100发送电力。例如,当
    设备100在充电器100'中??渴?,其表面116搁置在表面116'上,部署在表面116'下方的发
    送器线圈可以生成时变磁场(例如,通过流经发送器线圈的AC)。然后,生成的场可以在部署
    在设备100的表面116上方的接收器线圈中感应出对应的时变电流。设备100可以利用生成
    的电流(例如,通过整流成DC)给其电池供电。设备100和充电器100'是感应充电部件的示
    例。

    图2是设备100的表面116的放大的、简化的横截面图,示出了部署在表面116上方
    的感应充电器接收器线圈202。如图所示,接收器线圈202是常规的扁平线圈。作为平面几何
    形状的结果,线圈202部署成靠近表面116,但不精确地符合它,从而产生间隙204。

    还在图2中示出的是充电器100'的表面116'的放大的、简化的横截面图。类似于接
    收器线圈202,充电器100'包括部署在表面116'下方的常规的扁平发送器线圈202'。发送器
    线圈202'部署成靠近表面116',但由于其平面几何形状而不符合表面116',从而产生间隙
    204'。由于间隙204、204',当设备100在充电器100'中??渴?,在线圈202、202'之间存在不
    期望的间距,因为这个间距会降低从充电器100'到设备100的电力传送效率。

    在本发明的实施例中,提供了用于制备可以更好地符合电子设备和充电站的充电
    表面的三维感应线圈组件的方法,从而减小或消除间隙(例如,间隙204、204')并提高充电
    效率。在一些实施例中,该方法可以包括构图和模制多层结构,以形成具有期望几何形状的
    线圈组件。

    图3示出了根据本发明的一些实施例可用来形成三维感应线圈组件的多层结构
    300。在图3所示的示例中,结构300包括多个层,包括第一导电层302、绝缘层306和第二导电
    层310。

    第一导电层302和第二导电层310可以包括任何合适的导电材料,包括但不限于金
    属(例如,铜、金、银等)、合金、半导体、导电陶瓷、导电聚合物,等等。绝缘层306可以包括与
    模制过程(诸如本文所述的热成型过程)兼容的任何合适的电绝缘材料。例如,在一些实施
    例中,绝缘层可以包括聚合物(诸如聚酰亚胺,PET和其它可热成型的材料)。

    如图3中所示,第一导电层302可以通过第一粘合剂层304固定到绝缘层306的第一
    表面,第一粘合剂层可以包括例如环氧树脂、丙烯酸,等等。类似地,第二导电层310可以通
    过第二粘合剂层308固定到绝缘层306的第二表面,第二粘合剂层也可以包括例如环氧树
    脂、聚酰亚胺或丙烯酸。

    从多层结构300开始,可以根据本发明的各种实施例执行多个过程以形成具有三
    维形状的感应线圈组件。例如,如在下面关于图4的方法进一步详细描述的,第一导电层302
    可以被构图(例如,通过蚀刻),以形成被配置为发送或接收电力的线圈。第二导电层310也
    可以被构图以形成导电迹线元件。线圈和导电迹线元件可以通过例如穿过绝缘层形成的通
    路来电耦合。在一些实施例中,包括线圈、绝缘体层和迹线元件的所得到的结构可以利用热
    成型过程(诸如压缩模制、真空模制等等),被模制成期望的三维形状。

    应当指出的是,图3中所示的结构300的特定构造不是意在作为限制。例如,虽然结
    构300被绘制为包括部署在两个导电层之间的一个绝缘层,但是可以根据本发明的各种实
    施例使用任何合适数量的导电层和绝缘层。

    图4是根据本发明的一些实施例制备三维感应线圈组件的方法400的流程图。在一
    些实施例中,方法400可以结合多层结构(诸如上面描述并在图3中示出的结构300)。为了讨
    论的简化起见,以下参考结构300的各个层描述方法400。

    在方框402,固定到绝缘层(即,层306)的第一表面的第一导电层(即,层302)被构
    图,以形成被配置为发送或接收电力的线圈。在一些实施例中,线圈可以利用蚀刻过程从第
    一导电层302被构图,其中第一导电层302的区域通过化学蚀刻剂被除去,以留下第一导电
    层302中形成线圈的部分。例如,在一些实施例中,抵抗蚀刻剂并包括期望的线圈设计(例
    如,螺旋形)的掩??梢员还潭ǖ奖┞队谑纯碳恋牡谝坏嫉绮?02的表面,在构图过程结束
    时掩模被去除。

    在一些实施例中,光刻技术可被用来生成具有期望线圈设计的掩模。在此类过程
    中,光致抗蚀剂层可被涂到第一导电层302并暴露于期望几何图案的光(例如,UV)。在应用
    溶解暴露于光的光致抗蚀剂的区域(或溶解未曝光的区域)的显影剂溶液时,剩余的光致抗
    蚀剂可以充当在蚀刻后在第一导电层302中形成线圈设计的掩模。

    可以在本发明的实施例中使用任何合适的蚀刻剂,只要所选的蚀刻剂溶解第一导
    电层302的暴露区域但不溶解(或以较慢的速率溶解)掩模材料就可以。合适的蚀刻剂可以
    包括但不限于氢氟酸、磷酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、SC-1溶液、有机溶剂、等离子刻蚀剂,等
    等??梢愿荼痉⒚鞯氖凳├返匦纬删哂蟹浅8丛油及傅南呷?。

    在一些其它实施例中,第一导电层302可以利用已知的印刷或沉积技术以期望的
    线圈图案印刷或以其它方式沉积到绝缘层306上。依赖于线圈所需的特征尺寸,固体油墨打
    印机可被用来在蚀刻之前印刷线圈和/或印刷掩模。

    在方框404,固定到绝缘层306与第一表面相对的第二表面的第二导电层(即,层
    310)被构图,以形成导电迹线元件。与在方框404构图的线圈一样,导电迹线元件可以利用
    蚀刻过程从第二导电层310构图,其中第二导电层310的区域通过化学蚀刻剂被除去,留下
    第二导电层310中形成导电迹线元件的部分。例如,在一些实施例中,抵抗蚀刻剂并包括期
    望的迹线元件设计(例如,扁线)的掩??梢员还潭ǖ奖┞队谑纯碳恋牡诙嫉绮?10的表
    面,在构图过程结束时掩模被去除。

    在一些实施例中,光刻技术可被用来生成具有期望迹线元件设计的掩模。在此类
    过程中,光致抗蚀剂层可被涂到第二导电层310并暴露于期望几何图案的光(例如,UV)。在
    应用溶解暴露于光的光致抗蚀剂的区域(或溶解未曝光的区域)的显影剂溶液时,剩余的光
    致抗蚀剂可以充当在蚀刻后在第二导电层310中形成导电迹线元件之后的掩模。

    可以在本发明的实施例中使用任何合适的蚀刻剂,只要所选的蚀刻剂溶解第二导
    电层310的暴露区域但不溶解(或以较慢的速率溶解)掩模材料就可以。合适的蚀刻剂可以
    包括但不限于氢氟酸、磷酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、SC-1溶液、有机溶剂、等离子刻蚀剂,等
    等。在一些其它实施例中,第二导电层310可以利用已知的印刷或沉积技术以期望的图案被
    印刷或以其它方式沉积到绝缘层306上。

    在方框406,从构图第一导电层302形成的线圈以及从构图第二导电层310形成的
    导电迹线元件可以电耦合。在一些实施例中,这种耦合可以由延伸穿过绝缘层306并穿过粘
    合层304、308的通路实现。例如,孔可以被冲压穿过构图的多层结构,然后利用接触线圈和
    迹线元件二者的导电材料(例如,金属)填充,由此形成电耦合线圈和迹线元件的通路。在一
    些实施例中,在通路、第一导电层302和第二导电层310中的导电材料可以是相同的材料(例
    如,铜)。

    可以对在方框402-406形成的多层结构执行附加的处理。在一些实施例中,方法
    400还可以包括层压线圈和绝缘层306的第一表面的暴露区域。在进一步的实施例中,方法
    400还可以包括将铁磁层沉积到导电迹线元件和绝缘层306的第二表面的暴露区域上。在一
    些其它实施例中,铁磁层可以被沉积到线圈和绝缘层306的第一表面的暴露区域上,并且层
    压可以在导电迹线元件和绝缘层306的第二表面的暴露区域上执行。在一些实施例中,铁磁
    材料可以包括铁氧体(即,包括Fe2O3的材料)。在一些实施例中,层压板可以包括任何合适的
    电绝缘材料,包括例如环氧树脂。

    图5A是根据本发明的一些实施例在模制之前(即,方法400的方框408之前)的多层
    线圈组件500的简化横截面图。如图5A中所示,组件500可以包括层压层502、构图线圈504、
    绝缘层306、导电迹线元件508和铁磁层510。在一些实施例中,粘合层(例如,图3中的层304、
    308)可以在构图线圈504和绝缘层306之间以及绝缘层306和导电迹线元件508之间存在。层
    压层502可以起到电绝缘最终的线圈组件与其中安装线圈组件的电子设备或充电站的附近
    部件或金属表面的作用。铁磁层510可以起到在无线充电期间在线圈组件中包含和集中磁
    场由此提高电力传送效率的作用。在一些实施例中,铁磁层510可以包含聚合物和铁氧体的
    复合材料,其特征在于适于热成型过程的延展性。聚合物(诸如在一些实施例中的丙烯酸类
    聚合物)可以充当用于小铁氧体颗粒的粘合剂。这种复合材料可被设计为由于其在高温下
    的延展性而不会在随后的热成型过程中开裂。

    图5B是根据本发明的一些实施例在模制之前的多层线圈组件550的简化横截面
    图。如图5B中所示,组件550可以包括多于一个构图的线圈。组件550可以包括层压层502、构
    图线圈504、绝缘层306、第二构图线圈505、第二绝缘层306、导电迹线元件508和铁磁层510。
    在一些实施例中,构图线圈505可以与构图线圈504不同地构图。在一些实施例中,第二构图
    线圈505和导电迹线元件508之间的绝缘层可以由与第一构图线圈504和第二构图线圈505
    之间的绝缘层不同的材料制成。虽然组件550包括两个构图线圈层,但是其它实施例可以包
    括通过绝缘层分开的三个或更多个构图线圈层。

    在一些未在图5A-5B中示出的其它实施例中,层压层502和铁磁层510可在图4的方
    框408之后添加到组件500。例如,当层压层502和/或铁磁层510延展性不够用于热成型过程
    时,可以在一个或多个单独的过程中应用这两种层中一种或两种。

    在方框408,组件500可以经受模制过程,以形成三维形状。在一些实施例中,被模
    制的组件包括构图线圈504、绝缘层306和导电迹线元件508。在一些实施例中,如图5A-5B中
    所示,被模制的组件还包括层压层502和铁磁层510。在一些实施例中,在方框408,组件可以
    通过热成型过程被模制成三维形状,其中同时施加压力和热量。以下参照图6A-7B进一步详
    细描述示例性热成型过程。

    图6A和6B是示出根据本发明的一些实施例的压缩模制过程的简化图。在图6A-6B
    中,为了讨论的简化,压缩模制过程在两部分600a、600b中示出。如图6A中所示,来自图5A的
    多层线圈组件500被放在模具604上。模具604可以具有腔体,该腔体具有对应于线圈组件
    500的最终三维目标形状的形状。在图6A中,这个目标形状具有凹碗状几何形状。在其它实
    施例中,模具604的腔体形状可以对应于任何其它合适的几何形状,其被设计为符合电子设
    备或充电站的充电表面的轮廓。

    在一些实施例中,模具604的腔体形状可以与线圈组件500的最终目标形状稍有不
    同,以考虑弹性变形。在此类实施例中,模具604的腔体形状可以被计算为考虑模制后的“回
    弹”效应。通过把此类因素考虑进去,线圈组件500的最终三维形状可以精确地符合预期的
    电子设备或充电站的充电表面。

    如图6A中所示,插塞构件602可以具有对应于模具604的腔体形状的形状。例如,在
    这个非限制性说明中,插塞构件602具有对应于模具604的腔体的凹形的凸形。适当的力可
    以通过插塞构件602的运动向模具604的腔体施加(或反之亦然),从而在该过程中接触并使
    线圈组件500变形。当力(即,压力)被施加时,加热元件606可以提供适当的温度以软化线圈
    组件500,从而提高构成层的延展性。例如,加热可以通过红外(IR)加热、射频(RF)加热、热
    空气加热等来提供。在一些实施例中,可以保持热量和压力直到绝缘层306(例如,聚酰亚
    胺)已经固化。在一些实施例中,可以使用100-250℃的温度。热量和压力被施加的时间长度
    可以依赖例如线圈组件500的形状和尺寸而变。

    图6B示出了在热量和压力被施加之后在模具604中的线圈组件500。如图6B中所
    见,线圈组件500可以采用模具604和插塞构件602之间的空间的形状。在一些实施例中,以
    这个形状,线圈组件500可以符合电子设备或充电站的充电表面并且可以表示线圈组件的
    最终形状。在一些其它实施例中,由于回弹效应,线圈组件500的形状可以在除去压力和/或
    冷却时发生变化。在此类实施例中,回弹后的线圈组件的形状可以符合期望的充电表面。

    在模制结束时,并且在冷却后,具有三维形状的最终多层线圈组件可以是刚性的。
    根据一些实施例,过量材料的修整或切割可以在电子设备或充电站中安装具有期望形状和
    尺寸的线圈组件之前执行。

    图7A和7B是示出根据本发明的一些实施例的真空成型过程的简化图。在图7A-7B
    中,为了讨论的简化,真空成型过程在两部分700a、700b中示出。如图7A中所示,来自图5A的
    多层线圈组件500被放在模具702上。模具702可以具有腔体,该腔体的特征在于对应于线圈
    组件500的最终三维目标形状的形状。在图7A中,这个目标形状具有凹碗状几何形状。在其
    它实施例中,模具702的腔体形状可以对应于任何其它合适的几何形状,其被设计为符合电
    子设备或充电站的充电表面的轮廓。

    在一些实施例中,模具702的腔体形状可以与线圈组件500的最终目标形状稍有不
    同,以考虑弹性变形。在此类实施例中,模具702的腔体形状可以被计算为考虑模制后的“回
    弹”效应。通过把此类因素考虑进去,线圈组件500的最终三维形状可以精确地符合预期的
    电子设备或充电站的充电表面。

    如图7A中所示,压力经由通过模具702中的出口704的真空施加到线圈组件500。在
    从腔体区域708排出空气时,腔体区域708内的空气压力变得低于腔体区域708外部(即,在
    线圈组件500的上表面上)的压力。这导致向模具702的腔体表面“拉”线圈组件500的吸力。
    当真空被施加时,加热元件706可以提供适当的温度以软化线圈组件500,从而提高构成层
    的延展性。例如,加热可以通过红外(IR)加热、射频(RF)加热、热空气加热等来提供。在一些
    实施例中,可以保持热量和压力直到绝缘层306(例如,聚酰亚胺)已经固化。在一些实施例
    中,可以使用100-250℃的温度。热量和压力被施加的时间长度可以依赖例如线圈组件500
    的形状和尺寸而变。

    图7A-7B中所示用于形成线圈组件500的三维形状的真空成型过程可以提供若干
    优点。例如,在真空成型过程中,没有力需要被直接施加到线圈组件500的顶表面。这种构造
    可以最小化否则的话由模制过程中的接触力(即,来自插塞构件)引起的裂纹或断裂。

    图7B示出了在施加热量和压力之后模具702中的线圈组件500。如图7B中所见,线
    圈组件500可以采用模具702的形状。在一些实施例中,以这种形状,线圈组件500可以符合
    电子设备或充电站的充电表面并且可以表示线圈组件的最终形状。在其它一些实施例中,
    线圈组件500的形状可以由于回弹效应而在除去真空和/或冷却时发生变化。在此类实施例
    中,回弹后线圈组件的最终形状可以符合期望的充电表面。

    在模制结束时,并且在冷却之后,具有三维形状的最终多层线圈组件可以是刚性
    的。根据一些实施例,过量材料的修整或切割可以在电子设备或充电站中引入具有期望形
    状和尺寸的线圈组件之前执行。

    虽然线圈组件500的层在图6A-7B中被描绘为被同时模制,但是在一些实施例中,
    线圈组件500的一个或多个层可以被单独形成和模制。每一层可以利用本文所述的任何合
    适的过程模制(诸如像压缩模制和/或真空成型过程)。单独模制的具有三维形状的层可以
    被组装(例如,使用粘合剂),以形成由三维形状来表征的最终多层线圈组件。

    图8A和8B是根据本发明的一些实施例的三维感应线圈组件的顶视图800a和底视
    图800b。应当注意,术语“顶视图”和“底视图”是为了简化讨论使用的,并且根据本发明实施
    例的感应线圈组件可以以任何合适的方向被置于电子设备或充电站中。图8A-8B中所示的
    线圈组件可以根据本文描述的方法(即,方法400)并利用任何合适的模制过程(诸如压缩模
    制(如图6A-6B中所示)、真空成型(如图7A-7B中所示)或其它合适的模制过程)来形成?;痪?br />话说,图8A和8B示出了在一些实施例中成型和热成型多层线圈组件500的结果。

    如图8A中所见,构图线圈802被部署在绝缘层804上并具有三维螺旋形状。在一些
    实施例中,构图线圈802可被涂覆或以其它方式被覆盖铁磁(例如,铁氧体)层(图8A中未示
    出)。线圈组件还包括在绝缘层804的相对表面上的导电迹线元件806。构图线圈802可以包
    括由例如延伸通过绝缘层804的通路电耦合到迹线元件806的端部810。导电迹线元件806可
    以电耦合到电线808a,并且构图线圈802可以电耦合到电线808b。

    如果线圈组件是发送器(例如,在充电站中),则时变电流可以流经电线808a、迹线
    元件806、构图线圈802和电线808b,以生成时变磁场。如果线圈组件是接收器(例如,在电子
    设备中),则由靠近的发送器线圈生成的时变磁场可以感应出流经电线808a、迹线元件806、
    构图线圈802和电线808b的电流,感应出的电流可用来给电池充电。

    在图8B中所示的线圈组件的顶视图800b中,线圈组件还包括层压层812,在其下方
    部署导电迹线元件806。如图8B中进一步示出的,由于模制过程使绝缘层804变形,因此构图
    线圈802的轮廓也可以透过层压层812看到。

    在一些实施例中,代替上述构图和模制多层结构300,缠绕线圈可被用作起始结
    构,然后通过例如以上关于图6A-7B描述的热成型过程模制成期望的三维形状。缠绕线圈代
    替多层结构的使用可以在无线电力传送系统中提供优点。例如,缠绕线圈的维度和包含在
    其中的导电材料的量可以大于本文所述的构图技术形成的线圈的维度和量。这可以在目标
    AC频率提供降低的阻抗以及增加的电感。由此,作为效率的量度的线圈的品质因数(Q)增
    加,因为它表示选定频率值下的感抗与线圈电阻之比。

    在一些实施例中,绝缘金属(例如,铜)线可以机械地缠绕成期望的螺旋形状以形
    成线圈。例如,电线可以被缠绕于具有圆形横截面的物体(诸如实心或空心管)。缠绕线圈的
    形状可以通过合适的结合材料固定。在一些实施例中,电线上的绝缘体包括环氧树脂,诸如
    聚氨酯或聚酯化合物。也可以使用结合剂(诸如聚酰亚胺、橡胶、腈或其它热敏感材料)。在
    将缠绕线圈加热到由选定的有机材料确定的临界温度时,缠绕的绝缘电线可以结合到位,
    以形成“树脂盆装”缠绕线圈。在一些实施例中,缠绕线圈可以具有平面几何形状。然后缠绕
    线圈可以利用任何合适的模制过程(例如包括以上关于图6A-7B所描述的热成型过程)而被
    模制成期望的三维形状。

    图9示出了根据本发明的一些实施例已被成型为三维感应线圈组件900的缠绕线
    圈。如图9中所示,组件900包括具有绝缘电线的多个绕组的缠绕线圈904。缠绕线圈904中的
    电线可以包括任何合适的导电金属(诸如铜、金、银,等等)。在一些其它实施例中,电线可以
    包括另一种类型的导电材料(诸如合金、半导体、导电陶瓷、导电聚合物,等等)。

    如图9中进一步示出的,缠绕线圈904可以在树脂中结合。树脂可以包括聚氨酯、聚
    酯或其它合适的树脂,并且还可以包括结合剂(诸如聚酰亚胺、橡胶、腈,等等)。导电迹线元
    件902可被电耦合到缠绕线圈904的“开始”和“结束”,以允许电流从电源流经缠绕线圈904。
    组件900,如图9中所示,已经利用热成型过程(诸如压缩模制(图6A-6B)、真空成型(图7A-
    7B)或其它合适的模制过程)被模制成三维形状。

    图10是根据本发明的一些实施例包括三维感应线圈组件的示例电子设备1000
    (即,手表)和充电站1000'的简化横截面图。电子设备1000和充电站1000'是感应充电部件
    的例子。如图10中所示,根据本发明实施例形成的接收器线圈组件1004可以部署成与设备
    1000的非平面(例如,弯曲的)充电表面1002邻近。在一些实施例中,接收器线圈组件1004可
    以通过压敏粘合剂(PSA)附连到表面1002。当施加压力时,PSA可以在表面和线圈组件之间
    形成结合,而不需要溶剂、热量或水来激活PSA。设备1000还可以包括被配置为利用在接收
    器线圈组件1004中生成的电流给电池充电的电路(未示出)。

    同样,充电站1000'可以包括根据本发明实施例形成的对应的发送器线圈组件
    1004'。发送器线圈组件1004'可以被部署成与充电站1000'的非平面(例如,弯曲的)充电表
    面1002'邻近。如图10中所见,充电表面1002'可以被成型为当设备1000在充电站1000'中停
    靠时符合设备1000的充电表面1002。在一些实施例中,发送器线圈组件1004'还可以通过压
    敏粘合剂(PSA)附连到充电表面1002'。充电站1000'可以通过电源输入1006连接到电源。用
    于充电站1000'的电源以是可更换的电池、可充电电池、外部电源,等等。充电站1000'还可
    以包括被配置为在发送器线圈组件1004'中生成用于向设备1000无线电力传送的时变电流
    (例如,AC)的电路(未示出)。

    在一些实施例中,线圈组件1004和1004'可以是完全相同的。在一些其它实施例
    中,线圈组件1004和1004'可以具有不同的线圈维度、绕组数量、层数,等等。例如,发送器线
    圈组件1004'可以具有更大的匝数和/或更粗的电线,并因此更多的金属。这种结构可以解
    释可能在无线电力传送期间发生的欧姆损耗和其它损耗。在诸如线圈900的缠绕线圈被用
    作发送器和接收器线圈组件的一些实施例中,发送器线圈的直径可以比接收器线圈的直径
    大。

    在充电操作期间,电力可以无线地从发送器线圈组件1004'传送到接收器线圈组
    件1004。在该操作期间,设备1000可以??吭诔涞缯?000'中,其中充电表面1002和1002'彼
    此相邻。在这种构造中,在一些实施例中,发送器线圈组件1004'可以沿共享轴线与接收器
    线圈组件1004对准。

    发送器线圈组件1004'的构图线圈可以产生时变电磁通量,以便在接收器线圈组
    件1004的构图线圈中感应出电流。发送器线圈组件1004'的构图线圈可以在选定频率或频
    带发送电力。在一些实施例中,发送频率基本上是固定的,尽管不是必需的。例如,发送频率
    可以被调整,以提高对特定操作条件的电力传送效率。更具体而言,如果设备1000需要更多
    电力,则可以选择高发送频率,而如果需要更少电力,则可以选择低发送频率。在一些其它
    实施例中,发送器线圈组件1004'的构图线圈可以产生静态电磁场并且可以物理地移动、偏
    移或以其它方式改变其位置,以产生空间变化的电磁通量,以便在接收器线圈组件1004的
    构图线圈中感应出电流。

    如图10中所示,发送器线圈组件1004'和接收器线圈组件1004的构图线圈紧密地
    部署在一起,在线圈和表面之间有非常小的或者没有间隙。这种布置可以减少磁通泄露,由
    此最小化电力传送期间的损耗,从而提高充电效率,并允许更快充电。

    设备1000可以包括可被用来控制充电站1000'的操作或协调其一个或多个功能的
    处理器(未示出)。在一些实施例中,充电站1000'可以包括一个或多个传感器,以确定设备
    1000是否存在并准备好从充电站1000'接收电力。例如,充电站1000'可以包括光学传感器
    (诸如红外接近传感器)。当充电站1000'被附连到设备1000或带到设备1000的附近时,红外
    接近传感器可以产生设备1000中的处理器可用来确定充电站1000'的存在的信号??梢允?br />合于检测或验证设备1000的存在的其它传感器的示例可以包括质量传感器、机械连锁、开
    关、按钮等、霍尔效应传感器,或其它电子传感器。

    如前面所提到的,虽然在附图和说明书中描述的实施例涉及如在个人可穿戴电子
    设备(诸如手表)中使用的线圈组件,但是本发明的实施例可以在除上面讨论的特定腕戴式
    电子设备之外的各种可穿戴或非可穿戴电子设备中使用。例如,本发明的实施例可以在蓝
    牙耳机、智能电话、电子眼镜、可穿戴医疗设备以及可穿戴健身设备中使用。

    为了解释的目的,前面的描述使用了特定的术语以提供对所述实施例的透彻理
    解。然而,对本领域技术人员来说,很显然,具体的细节不是实施所述的实施例所必需的。例
    如,虽然上述本发明的几个具体实施例使用感应耦合来无线发送电力到可穿戴电子设备,
    但是本发明并不限于任何特定的无线电力传输技术,并且可以在一些实施例中使用其它近
    场或非辐射无线电力传输技术以及辐射无线电力传输技术。因此,本文所述具体实施例的
    以上描述是为了说明和描述的目的而给出的。它们不是针对要穷尽或将实施例限制到所公
    开的精确形式。对本领域普通技术人员来说将很显然,鉴于以上的教导,许多修改和变化是
    可能的。

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    本文标题:三维形状的感应充电线圈及制造其的方法.pdf
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