無線電力傳輸簡介

我們今天生活的世界是機(jī)器和信息的世界。因此，在這個信息時代，最重要的商品是能源。能源本質(zhì)上是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)引擎的燃料。沒有能源，所有復(fù)雜的機(jī)器和小工具都像垃圾一樣好。

在過去十年左右的時間里，引入了許多技術(shù)，這些技術(shù)在各自的領(lǐng)域造成了巨大的破壞。主要例子包括：電動汽車和智能手機(jī)。這兩種技術(shù)都充分利用了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和 5G 通信等先進(jìn)的 IT 技術(shù)。盡管取得了所有這些技術(shù)進(jìn)步，但電力傳輸領(lǐng)域仍然有些被忽視。很大一部分電子和電氣設(shè)備仍然使用電纜和電線供電。這個問題的解決方案確實以無線電力傳輸（WPT）的形式存在。

無線電力傳輸?shù)?a target="_blank">工作原理

通俗易懂地說，WPT是一種無需任何電線或電纜即可通過氣隙傳輸電力的技術(shù)。WPT根據(jù)基于法拉第定律的磁感應(yīng)原理工作。根據(jù)這一原理，如果我們有兩個磁耦合線圈，那么流過發(fā)射器線圈的交流電流將在接收器線圈中感應(yīng)出電壓。該感應(yīng)電壓可用于為電子設(shè)備充電。請注意，發(fā)射器和接收器線圈之間沒有物理接觸，整個電力傳輸僅通過磁場進(jìn)行。

自特斯拉線圈發(fā)明以來，無線電力傳輸?shù)母拍钤缫褳槿怂Ｈ欢?，由于功率轉(zhuǎn)換效率低，該技術(shù)無法在很長一段時間內(nèi)商業(yè)化。隨著新材料和更高效電子轉(zhuǎn)換器的發(fā)展，現(xiàn)在可以以不錯的效率無線傳輸能量。近年來，WPT以智能手機(jī)和平板電腦的無線充電板的形式獲得了一些牽引力，但該技術(shù)的范圍遠(yuǎn)不止于此。

無線充電技術(shù)

無線電力傳輸可以使用許多不同的方法來實現(xiàn)。最廣泛使用的方法基于磁感應(yīng)原理，而其他方法則利用電場，光和微波。下表總結(jié)了不同的WPT技術(shù)。

鐵氧體材料在無線充電中的應(yīng)用

如前所述，功率轉(zhuǎn)換效率是大規(guī)模應(yīng)用（如汽車和制造業(yè)）大規(guī)模采用WPT的主要障礙。KEMET 現(xiàn)在通過在 WPT 系統(tǒng)的充電板中使用鐵氧體材料來解決這個問題。鐵氧體以在WPT系統(tǒng)中提供最高的充電效率而聞名。以下是基美特·用于汽車和工業(yè)WPT系統(tǒng)的鐵氧體磁貼。

FPL鐵氧體磁貼片的顯著特點

提高效率

專為大功率 WPT 系統(tǒng) （3.7 kW – 30 kW） 而設(shè)計

高達(dá) 1 MHz 的高工作頻率范圍

寬工作溫度范圍（-40oC 至 +125oC）

符合 AEC-200 標(biāo)準(zhǔn)

在傳統(tǒng)的WPT系統(tǒng)中，大多數(shù)磁通量被金屬外殼吸收，不會到達(dá)接收器焊盤。因此，功率損耗增加，電源效率下降。高功率損耗會產(chǎn)生多余的熱量，這會迅速炸毀組件，并對操作員或消費(fèi)者造成安全隱患。在基于鐵氧體的WPT系統(tǒng)中，鐵氧體板抑制天線墊和金屬外殼之間的干擾。這樣，磁通量流保留在發(fā)射器和接收器天線之間，以提高充電效率。傳統(tǒng)和基于鐵氧體的WPT系統(tǒng)中磁通路徑的差異可以在下圖中看到。

圖 3：采用鐵氧體磁瓦的 WPT 系統(tǒng)中的磁通量

從圖2和圖3可以清楚地看出，在傳統(tǒng)的WPT系統(tǒng)中，大量的磁能泄漏到金屬外殼中，而在基于鐵氧體的WPT系統(tǒng)中，鐵氧體板會阻止磁能被金屬外殼吸收。

除了充電效率外，工作溫度是WPT系統(tǒng)中的另一個關(guān)鍵考慮因素。在傳統(tǒng)的WPT材料中，磁芯損耗在較低溫度下非常高，因此系統(tǒng)在室溫下效率極低。相反，鐵氧體WPT系統(tǒng)可以在室溫下高效運(yùn)行，同時提供良好的充電效率。下圖比較了傳統(tǒng)鐵氧體和 KEMET 專有鐵氧體 WPT 材料的磁芯損耗。

圖 4：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和 KEMET 鐵氧體 WPT 材料的比較

從鐵芯損耗的比較圖中，當(dāng)在 25 下運(yùn)行時oC 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵氧體材料的磁芯損耗為 580 kW/m3，而在相同溫度下，KEMET 鐵氧體材料的磁芯損耗約為 350 kW/m3.因此，這種特殊的鐵氧體在室溫下的磁芯損耗減少了60%，這是一個巨大的差異。由于高充電效率和低磁芯損耗，這些FPL鐵氧體磁芯是汽車WPT和工業(yè)WPT系統(tǒng)的理想選擇。

鐵氧體材料處理注意事項

鐵氧體因其出色的效率、頻率和溫度特性而成為WPT系統(tǒng)的理想選擇。但是，在使用鐵氧體WPT板時，必須考慮一些預(yù)防措施。第一個預(yù)防措施是關(guān)于機(jī)械應(yīng)力和沖擊。鐵氧體是一種耐沖擊性低的脆性材料。如果跌落或機(jī)械沖擊，板很容易斷裂或破裂。使用破損或破裂的芯片會導(dǎo)致發(fā)熱增加，這可能會損壞相關(guān)的電路元件。必須小心處理材料，以避免機(jī)械應(yīng)力或沖擊。

此外，接近高溫時必須采取預(yù)防措施。材料在極端溫度下會經(jīng)歷熱沖擊，導(dǎo)致開裂、斷裂和/或性能退化。必須將快速的溫度波動保持在盡可能低的水平，以確保使用壽命和高性能。

汽車WPT應(yīng)用中的鐵氧體磁貼

該瓷磚的熱特性加上低芯損耗和高效率，使這些瓷磚成為汽車WPT系統(tǒng)的理想選擇。WPT系統(tǒng)在傳統(tǒng)車輛和電動汽車中變得越來越普遍。智能手機(jī)已成為人們生活中不可或缺的一部分;因此，在旅途中提供無線充電至關(guān)重要。WPT的范圍不僅限于智能手機(jī)在汽車上的充電。高壓WPT系統(tǒng)已被提出用于電動汽車的充電。固定環(huán)路公交車等市政車輛可能是公共領(lǐng)域汽車WPT技術(shù)的首批采用者。無線移動是未來趨勢，KEMET FPL 鐵氧體磁片專為 3.7 kW 至 30 kW 的大功率汽車系統(tǒng)而設(shè)計。

圖 5：大功率汽車 WPT 充電系統(tǒng)

目前，電動汽車行業(yè)仍處于發(fā)展初期，由于這個原因，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的電動汽車充電系統(tǒng)設(shè)計。大多數(shù)制造商都在遵循他們對電動汽車充電系統(tǒng)的設(shè)計和技術(shù)。定制形狀和尺寸的 KEMET FPL 鐵氧體磁芯的可用性對汽車 WPT 系統(tǒng)設(shè)計人員來說是一個巨大的好處。通過定制尺寸，設(shè)計師可以專注于工程方面，而不必?fù)?dān)心空間/尺寸限制。KEMET 鐵氧體瓷磚產(chǎn)品可通過高服務(wù)分銷渠道進(jìn)行采樣和測試。

超越汽車的鐵氧體磁片

目前，WPT鐵氧體瓷磚的主要市場是汽車公司。但是，這并不限制這些瓷磚在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。除了汽車行業(yè)，這些瓷磚還可以應(yīng)用于機(jī)器人、叉車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、軍用無人機(jī)和工業(yè)機(jī)械。隨著充電效率的提高，WPT技術(shù)有望在未來幾年內(nèi)增長。隨著WPT系統(tǒng)額定功率的提高，鐵氧體瓷磚也可能在發(fā)電領(lǐng)域找到自己的位置。憑借其出色的充電特性，鐵氧體磁片將成為未來WPT系統(tǒng)不可或缺的一部分。

審核編輯：郭婷