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磁性材料在无线充电技术中的应用

发布日期:2019-9-24 14:08:13

  无线充电技术(Wireless charging technology;Wireless charge technology),源于无线电能传输技术,小功率无线充电常采用电磁感应式(如对手机充电的Qi方式,但中兴的电动汽车无线充电方式采用的感应式),大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置,该装置使用接收到的能量对电池充电,并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

  无线充电器主要用到的磁性材料有:NdFeB永磁体、NiZn铁氧体薄磁片、MnZn铁氧体薄磁片、柔性铁氧体磁片;用软磁铁氧体材料制作的各种隔磁片作为无线充电技术的主要部件,在无线充电设备中起增高感应磁场和屏蔽线圈干扰的作用。无线充电器对软磁铁氧体材料性能和产品尺寸、可靠性等要求较高,接收端对其要求更高。


  按照接受端放置方式,无线充电发射端分为固定位置型、单线圈自由位置型和多线圈自由位置型,这些发射端对铁氧体产品的要求不尽相同。


  固定位置型充电器应用钕铁硼永磁片定位,终端设备需要放在固定的位置才能进行充电和实现充电效率最大化。Qi标准中规定此类设计工作频率在110kHz~205kHz。固定位置型充电器谐振频率较高,一般采用具有损耗小、高频磁屏蔽效果好的NiZn铁氧体薄片作为隔磁片。


  单线圈自由位置型充电设备内部的线圈带有驱动装置,可在平面中移动。其通过自动检测终端设备放置位置,移动线圈至该位置,使线圈的位置与终端接收位置相一致。从而实现充电及提高充电效率,此类设计,可允许终端放在充电板上的任何位置进行充电。Qi标准规定此类充电器工作频率为140kHz,由于线圈需要移动,要求隔磁片具有较高的可靠性,所以隔磁片一般应用流延工艺制作的柔性磁片。


  多线圈自由位置型充电器可以同时为多部终端充电,其内部排列了多个线圈,这些线圈覆盖了充电座的大部分区域。由此,终端可以比较自由地放置在充电座上,充电器会自动选择几个能高效传输的线圈来供电。Qi标准规定,多线圈自由位置型充电器工作频率为105kHz~113kHz,隔磁片一般选用具有高Bs和低损耗特性的MnZn功率材料。


  应用于无线充电系统中的永磁体材料,一方面,增强发射和接收线圈间磁通量,提高传输效率;另一方面,作为发射和接收之间的定位装置,便于终端设备快速准确定位。小型无线充电设备多用NdFeB永磁体材料;大型的无线充电设备可用永磁铁氧体材料代替NdFeB永磁体材料,降低成本。如:英国哥伦比亚大学(UBC)采用非接触动态磁耦合或MDC方式,利用两个可旋转的永久磁铁的磁场相互作用,在距离102mm~152mm下实现EV无线充电。


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