如何在无线电力传输中使用铁氧体磁片有效管理损耗

无线电力传输简介

我们今天生活的世界是机器和信息的世界。因此，在这个信息时代，最重要的商品是能源。能源本质上是现代经济引擎的燃料。没有能源，所有复杂的机器和小工具都像垃圾一样好。

在过去十年左右的时间里，引入了许多技术，这些技术在各自的领域造成了巨大的破坏。主要例子包括：电动汽车和智能手机。这两种技术都充分利用了物联网、人工智能和 5G 通信等先进的 IT 技术。尽管取得了所有这些技术进步，但电力传输领域仍然有些被忽视。很大一部分电子和电气设备仍然使用电缆和电线供电。这个问题的解决方案确实以无线电力传输（WPT）的形式存在。

无线电力传输的工作原理

通俗易懂地说，WPT是一种无需任何电线或电缆即可通过气隙传输电力的技术。WPT根据基于法拉第定律的磁感应原理工作。根据这一原理，如果我们有两个磁耦合线圈，那么流过发射器线圈的交流电流将在接收器线圈中感应出电压。该感应电压可用于为电子设备充电。请注意，发射器和接收器线圈之间没有物理接触，整个电力传输仅通过磁场进行。

自特斯拉线圈发明以来，无线电力传输的概念早已为人所知。然而，由于功率转换效率低，该技术无法在很长一段时间内商业化。随着新材料和更高效电子转换器的发展，现在可以以不错的效率无线传输能量。近年来，WPT以智能手机和平板电脑的无线充电板的形式获得了一些牵引力，但该技术的范围远不止于此。

无线充电技术

无线电力传输可以使用许多不同的方法来实现。最广泛使用的方法基于磁感应原理，而其他方法则利用电场，光和微波。下表总结了不同的WPT技术。

铁氧体材料在无线充电中的应用

如前所述，功率转换效率是大规模应用（如汽车和制造业）大规模采用WPT的主要障碍。KEMET 现在通过在 WPT 系统的充电板中使用铁氧体材料来解决这个问题。铁氧体以在WPT系统中提供最高的充电效率而闻名。以下是基美特·用于汽车和工业WPT系统的铁氧体磁贴。

FPL铁氧体磁贴片的显著特点

提高效率

专为大功率 WPT 系统 （3.7 kW – 30 kW） 而设计

高达 1 MHz 的高工作频率范围

宽工作温度范围（-40oC 至 +125oC）

符合 AEC-200 标准

在传统的WPT系统中，大多数磁通量被金属外壳吸收，不会到达接收器焊盘。因此，功率损耗增加，电源效率下降。高功率损耗会产生多余的热量，这会迅速炸毁组件，并对操作员或消费者造成安全隐患。在基于铁氧体的WPT系统中，铁氧体板抑制天线垫和金属外壳之间的干扰。这样，磁通量流保留在发射器和接收器天线之间，以提高充电效率。传统和基于铁氧体的WPT系统中磁通路径的差异可以在下图中看到。

图 3：采用铁氧体磁瓦的 WPT 系统中的磁通量

从图2和图3可以清楚地看出，在传统的WPT系统中，大量的磁能泄漏到金属外壳中，而在基于铁氧体的WPT系统中，铁氧体板会阻止磁能被金属外壳吸收。

除了充电效率外，工作温度是WPT系统中的另一个关键考虑因素。在传统的WPT材料中，磁芯损耗在较低温度下非常高，因此系统在室温下效率极低。相反，铁氧体WPT系统可以在室温下高效运行，同时提供良好的充电效率。下图比较了传统铁氧体和 KEMET 专有铁氧体 WPT 材料的磁芯损耗。

图 4：行业标准和 KEMET 铁氧体 WPT 材料的比较

从铁芯损耗的比较图中，当在 25 下运行时oC 行业标准铁氧体材料的磁芯损耗为 580 kW/m3，而在相同温度下，KEMET 铁氧体材料的磁芯损耗约为 350 kW/m3.因此，这种特殊的铁氧体在室温下的磁芯损耗减少了60%，这是一个巨大的差异。由于高充电效率和低磁芯损耗，这些FPL铁氧体磁芯是汽车WPT和工业WPT系统的理想选择。

铁氧体材料处理注意事项

铁氧体因其出色的效率、频率和温度特性而成为WPT系统的理想选择。但是，在使用铁氧体WPT板时，必须考虑一些预防措施。第一个预防措施是关于机械应力和冲击。铁氧体是一种耐冲击性低的脆性材料。如果跌落或机械冲击，板很容易断裂或破裂。使用破损或破裂的芯片会导致发热增加，这可能会损坏相关的电路元件。必须小心处理材料，以避免机械应力或冲击。

此外，接近高温时必须采取预防措施。材料在极端温度下会经历热冲击，导致开裂、断裂和/或性能退化。必须将快速的温度波动保持在尽可能低的水平，以确保使用寿命和高性能。

汽车WPT应用中的铁氧体磁贴

该瓷砖的热特性加上低芯损耗和高效率，使这些瓷砖成为汽车WPT系统的理想选择。WPT系统在传统车辆和电动汽车中变得越来越普遍。智能手机已成为人们生活中不可或缺的一部分;因此，在旅途中提供无线充电至关重要。WPT的范围不仅限于智能手机在汽车上的充电。高压WPT系统已被提出用于电动汽车的充电。固定环路公交车等市政车辆可能是公共领域汽车WPT技术的首批采用者。无线移动是未来趋势，KEMET FPL 铁氧体磁片专为 3.7 kW 至 30 kW 的大功率汽车系统而设计。

图 5：大功率汽车 WPT 充电系统

目前，电动汽车行业仍处于发展初期，由于这个原因，缺乏标准化的电动汽车充电系统设计。大多数制造商都在遵循他们对电动汽车充电系统的设计和技术。定制形状和尺寸的 KEMET FPL 铁氧体磁芯的可用性对汽车 WPT 系统设计人员来说是一个巨大的好处。通过定制尺寸，设计师可以专注于工程方面，而不必担心空间/尺寸限制。KEMET 铁氧体瓷砖产品可通过高服务分销渠道进行采样和测试。

超越汽车的铁氧体磁片

目前，WPT铁氧体瓷砖的主要市场是汽车公司。但是，这并不限制这些瓷砖在其他领域的应用。除了汽车行业，这些瓷砖还可以应用于机器人、叉车、农业机械、医疗设备、军用无人机和工业机械。随着充电效率的提高，WPT技术有望在未来几年内增长。随着WPT系统额定功率的提高，铁氧体瓷砖也可能在发电领域找到自己的位置。凭借其出色的充电特性，铁氧体磁片将成为未来WPT系统不可或缺的一部分。

审核编辑：郭婷