用于无线充电的可磁化混凝土技术

该研究不断尝试寻找可以对环境产生积极影响的解决方案和技术，同时也可以节省投资和消费。还有很多东西有待发现，尤其是在材料及其化学方面。在这篇文章中，我们将建议研究一种新型的优良材料。它由铁氧体和水泥作为粘合剂组成，这可以使无线充电成为可能，特别是对于电动汽车。

这种新材料被称为 Magment。这个词来源于“磁性”和“水泥”的组合。该研究旨在创造一种复合材料，具有高达 70 甚至更高的极高渗透率。最重要的是使用不需要任何压制或高温技术的工艺。这只是一个以非常传统的方式混合混凝土的过程。程序很简单：在将磁性颗粒与干水泥混合并进行进一步处理后，加入水，就像混凝土一样。所需的密度是通过该化学反应获得的（图 1）。另一个重点是这种材料的成本。事实上，它非常经济，因为磁性颗粒来自回收材料。此外，它非常坚固，像任何其他水泥一样，它的用途适用于不同的应用。总结一下，主要特点如下：

• 高渗透性（高达 70）
• 无需压制过程
• 非常坚固耐用的最终结构
• 适用于机械坚固的电感元件
• 与水发生化学反应变稠
• 用振动支撑台自压实
• 非常低的收缩率 (~ 0.5%)
• 低孔隙率
• 吸水率<1%
• 硬化时间可编程
• 非常高的耐腐蚀性高光滑度
• 可以采用任何形状和尺寸，即使是 3D 打印。

材料的特性只有在将其混合并倒入模具后才能实现。低孔隙率是使材料高度不透水的一个重要特征。但是，即使使用 3D 打印，也可以轻松创建任何形状。

磁性材料

铁氧体废料用于制造这种材料。为此，可以从废料中心和专业工厂以及相关回收处购买铁氧体，如图 2 所示。然后，在遵守一些技术规范的情况下进行简单的研磨，然后将所有材料与水泥混合。这整个过程带来了一些优势，第一个是低成本。

此外，没有痕量 CO ₂，这是混凝土的缺点之一。因此，碳的消耗量非常低，每吨混凝土约90公斤。铁、锰和锌来自铁氧体、钙和铝，这些都是常见的元素。

应用

一个有趣的应用是创建电感组件。方法很简单：将水泥倒入预先插入线圈的外壳中，使其具有主动且完全受保护的磁性结构。基于此，现在可以借助名为 MAGMATH 的软件计算磁、电和优化部分。根据获得的结果，可以用 Magment 替换传统组件，同时获得以下其他优点：

• 热导率大约高出三倍
• 它比聚氨酯或环氧树脂大五倍。

任何对设计感兴趣的人都可以使用 MAGMATH 软件（图 3）。只需输入数据即可找到针对特定问题的最佳结果，它将提供所需的最终特征。

图 3：使用 MAGMATH 软件进行的设计示例 

在图 3 的示例中，我们可以看到作为电流函数的电感图、尺寸结果、重量和损耗，以及最终价格。这是一个复杂的过程，大约需要一分钟。可以提高性能，这意味着更少的损耗和更低的工作温度。在处理结束时，通过按下按钮，您可以订购将在几周内交付的样品。

可靠性

材料的可靠性如何？图 4 中的示例显示了对三相电感器的测试。该图显示蓝色曲线（计算）和红色曲线（测试）实际上是叠加的。这证实了系统的高可靠性。实验和测试是可重复的，这项技术不仅可以提供一种不同类型的产品，在成本方面进行了优化，而且从物流的角度来看，它也是一种非常有效的产品。

图 4：相电感测试。使用带有 www.ed-k.de 的 3 个扩展单元的 DPG 10 进行电感脉冲测试（左）；测试和 MAGMATH 计算的 L 与 IDC 曲线的比较（右）

无线充电

最令人兴奋的应用是无线充电。它可以被看作是一个非短期的未来应用程序，在实际实施之前可能需要一些时间。例如，为了实现公交车电池的无线充电，在车站（见图 5），传输侧需要一个线圈来将磁场反射到正确的方向。主要问题在于材料的渗透性。在这种情况下，如果大量电流流过线圈，则不会像铁氧体那样获得饱和效应。此外，由于采用了专利技术，线圈可以容纳在内部，因此这些设备很容易复制。

图5：公交车站无线充电

对于这个项目，今天的挑战始终表现为：

• 高成本
• 构成盘子的瓷砖太多
• 易碎的陶瓷材料
• 负载能力不足。

相反，新材料允许以下解决方案：

• 低成本
• 可使用标准道路设备
• 像任何其他水泥一样坚固
• 完美融入街头。

未来

有一些障碍需要克服，以确保可以进行无线电力传输以向下游再现信号的所有原始属性。将有一个持久的实施，基础设施的使用寿命更长，并且由于需要更少的电池而降低了车辆的成本。有必要进行良好的工业化过程，如图 6 中的图表所示。

图6：产业化进程

产品

使用 Magment，可以获得不同的产品。圆形线圈和“双 D”线圈（见图 7）使用静态动力学。它们将从明年开始批量生产。这要归功于两个合作伙伴：丹麦的奥尔堡波特兰和 Hi-Con。值得押注的事情之一是现场施工。 

图7：不同线圈的制作

随着这两种产品的实施，线圈将被水泥覆盖，不是磁性的，而是普通的混凝土，因此整个设备完全集成并易于运输（图 8）。

图8：两种充电板

还将为更大规模的基础设施提供服务。优秀目标以公共交通、公交车、出租车等为代表，具有安全稳定的充电需求（见图9）。

图 9：可能的用途示例

这将与自动驾驶严格相关。将来，自给自足的汽车装上电缆是没有意义的；这只会是荒谬的，而且技术也不先进。

公共交通和安全

公共交通是最受关注的领域之一。柴油问题日益严重，城市，尤其是大城市，开始投资电动公交车。采用上述卷轴可能是一个很好的解决方案。由于存在故意破坏的风险，它们也可以成功地用于没有空间或安全问题的地方。这些系统非常安全，因为它们符合严格的标准。2010年，最多要求2.7×10 ^-5特斯拉的磁场。与地球磁场相比，该数据非常低，不像金属探测器等其他系统不符合这些规定。

标准

目前还没有明确实施的国际标准。然而，有一个名为“Stille”的项目得到了德国政府的支持，该项目正在研究所有标准的互操作性。目前正在进行许多测试，针对不同类型的车辆采用不同的线圈设计。这个标准可能会在明年或明年发布。遵循各种规定，产生了一些想法。例如，在公交车区，您可以将车牌放在多个位置。

此外，通过沿两条不同且相反的车道调整它们，它们将允许在乘客上下车时充电。会有什么好处？会有经济效益。许多车辆将在不使用任何电缆的情况下充电，这对需要夜间充电的其他车辆不利。无论如何，这些都是将来要进行的计算和评估。市场分析公司刚刚发布的一份报告比较了夜间充电和无线充电时不同类型的公交车。它清楚地展示了该系统如何最大限度地降低基础设施成本。

另一个应用

现在让我们转向一个可能会变得非常流行的不同应用程序。这与公共交通无关，而是与公共支付有关。通过在停车柱上安装该设备并将其连接到现有的电子系统，将有机会更新现有的控制单元。该系统也可用于超市。这不仅仅是一个理论。许多实现将立即从不同的链开始。

结论

所提出的系统可以具有广泛的应用领域。市场对这个想法表示欢迎。“德国创新奖”证明了人们对这项新技术的兴趣。



审核编辑：刘清