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磁性材料在無線充電技術中的應用

發布日期:2019-9-24 14:08:13

  無線充電技術(Wireless charging technology;Wireless charge technology),源于無線電能傳輸技術,小功率無線充電常采用電磁感應式(如對手機充電的Qi方式,但中興的電動汽車無線充電方式采用的感應式),大功率無線充電常采用諧振式(大部分電動汽車充電采用此方式)由供電設備(充電器)將能量傳送至用電的裝置,該裝置使用接收到的能量對電池充電,并同時供其本身運作之用。由于充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量,兩者之間不用電線連接,因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。

  無線充電器主要用到的磁性材料有:NdFeB永磁體、NiZn鐵氧體薄磁片、MnZn鐵氧體薄磁片、柔性鐵氧體磁片;用軟磁鐵氧體材料制作的各種隔磁片作為無線充電技術的主要部件,在無線充電設備中起增高感應磁場和屏蔽線圈干擾的作用。無線充電器對軟磁鐵氧體材料性能和產品尺寸、可靠性等要求較高,接收端對其要求更高。


  按照接受端放置方式,無線充電發射端分為固定位置型、單線圈自由位置型和多線圈自由位置型,這些發射端對鐵氧體產品的要求不盡相同。


  固定位置型充電器應用釹鐵硼永磁片定位,終端設備需要放在固定的位置才能進行充電和實現充電效率大化。Qi標準中規定此類設計工作頻率在110kHz~205kHz。固定位置型充電器諧振頻率較高,一般采用具有損耗小、高頻磁屏蔽效果好的NiZn鐵氧體薄片作為隔磁片。


  單線圈自由位置型充電設備內部的線圈帶有驅動裝置,可在平面中移動。其通過自動檢測終端設備放置位置,移動線圈至該位置,使線圈的位置與終端接收位置相一致。從而實現充電及提高充電效率,此類設計,可允許終端放在充電板上的任何位置進行充電。Qi標準規定此類充電器工作頻率為140kHz,由于線圈需要移動,要求隔磁片具有較高的可靠性,所以隔磁片一般應用流延工藝制作的柔性磁片。


  多線圈自由位置型充電器可以同時為多部終端充電,其內部排列了多個線圈,這些線圈覆蓋了充電座的大部分區域。由此,終端可以比較自由地放置在充電座上,充電器會自動選擇幾個能傳輸的線圈來供電。Qi標準規定,多線圈自由位置型充電器工作頻率為105kHz~113kHz,隔磁片一般選用具有高Bs和低損耗特性的MnZn功率材料。


  應用于無線充電系統中的永磁體材料,一方面,增強發射和接收線圈間磁通量,提高傳輸效率;另一方面,作為發射和接收之間的定位裝置,便于終端設備快速準確定位。小型無線充電設備多用NdFeB永磁體材料;大型的無線充電設備可用永磁鐵氧體材料代替NdFeB永磁體材料,降低成本。如:英國哥倫比亞大學(UBC)采用非接觸動態磁耦合或MDC方式,利用兩個可旋轉的磁鐵的磁場相互作用,在距離102mm~152mm下實現EV無線充電。


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