無須使用電線或連接器的電力傳輸已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種產(chǎn)品，例如牙刷、LED蠟燭、遙控器、醫(yī)療設(shè)備或電磁爐，這種電力傳輸方法既可靠又方便。然而，直到現(xiàn)在，無線充電系統(tǒng)智能用于特殊的產(chǎn)品或應(yīng)用，它不能普遍地用于其它各種尺寸大小和形狀各異的設(shè)備。如今，用戶要求充電站能普遍對來自不同制造商的產(chǎn)品進(jìn)行充電，并同時(shí)能對下一代的產(chǎn)品模型充電。

未來的移動設(shè)備用于在使用他們的設(shè)備時(shí)再也不需要擔(dān)心電池消耗問題，因?yàn)樗麄兯街幍暮芏嗟胤綆缀醵寄芴峁┩ㄓ脽o線充電?，F(xiàn)在，全球有超過120家公司參與WPC，以創(chuàng)建和推廣標(biāo)準(zhǔn)化無線電力傳輸。按照WPC的Qi規(guī)格，TDK已經(jīng)開發(fā)出新款超低剖面的無線電力傳輸線圈，它能使移動設(shè)備獲得標(biāo)準(zhǔn)化的無線充電。

TDK的愿景是開發(fā)出一個(gè)絕對平整的能為所有符合WPC規(guī)格的設(shè)備充電的表面，以便提供一個(gè)操作方便且隨處可用的充電平臺。

無線電力傳輸基本原理

電磁感應(yīng)是無線電力傳輸使用最廣泛的方法，這種方法的基本原理是傳送和轉(zhuǎn)換磁通量(圖1)。在此，初級線圈(Tx線圈)和次級線圈(Rx)之間的電磁感應(yīng)把電磁能由初級線圈(Tx線圈)傳送到次級線圈(Rx)。


通過采用電磁感應(yīng)方法，無線電力傳輸能對尺寸和形狀各異的不同設(shè)備進(jìn)行無線充電。通用系統(tǒng)將需要兼容Tx和Rx線圈的繞組數(shù)以及它們整體的幾何形狀。

無線充電技術(shù)需要面臨的一個(gè)技術(shù)難題就是對準(zhǔn)Tx 和Rx線圈，以使它們實(shí)現(xiàn)最高效率的電力傳輸。為了幫助尺寸和形狀各異的設(shè)備設(shè)計(jì)出通用充電板，我們必須避免使用機(jī)械定位輔助，例如設(shè)備支架或類似結(jié)構(gòu)的設(shè)備。

WPC已經(jīng)提出并指定了三種定位方法，以便用最佳方式對準(zhǔn)充電線圈：

● 使用Tx線圈中心的磁鐵和Rx線圈中心的磁性材料進(jìn)行導(dǎo)向定位(圖2)

● 使用能發(fā)現(xiàn)Rx線圈位置的移動Tx線圈進(jìn)行自由定位

● 使用選擇性激活最接近Rx線圈的線圈陣列中的多個(gè)Tx線圈之一進(jìn)行自由定位


為了能實(shí)現(xiàn)磁場能量的最有效的轉(zhuǎn)移，準(zhǔn)確對準(zhǔn)Tx 和Rx線圈是非常重要的。導(dǎo)向定位方法是使用Tx線圈中的一塊磁鐵把Rx線圈吸引到正確的位置。

WPC已經(jīng)采用了一套認(rèn)證體系，以便為上述對準(zhǔn)方法驗(yàn)證Rx和Tx兩側(cè)邊的相互操作。除非該線圈能對所有Tx線圈進(jìn)行準(zhǔn)確操作，否則無法獲得Rx線圈認(rèn)證，因此，TDK已經(jīng)設(shè)計(jì)了真正的Rx線圈裝置，為用戶提供最靈活操作最簡便的解決方案。通過在Tx線圈中心放置一塊磁鐵并且在Rx線圈中心放磁性材料，就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案。

使用Rx線圈的進(jìn)行導(dǎo)向定位時(shí)需要進(jìn)行磁屏蔽，以防止高頻率的磁通量出現(xiàn)。還要特別設(shè)計(jì)Rx側(cè)邊上的磁片材料和厚度，以便該磁片沒有達(dá)到磁化飽和點(diǎn)。

磁片面臨的挑戰(zhàn)

每一種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，盡管導(dǎo)向定位方法對于Tx側(cè)邊的設(shè)計(jì)更簡單，但是，它須要考慮磁屏蔽問題。

為了防止由Tx線圈產(chǎn)生的高頻率磁通量(超過100 kHz)到達(dá)鋁電池外殼以及產(chǎn)生不必要的會被轉(zhuǎn)化為多余熱量的渦電流，在按照上述描述的導(dǎo)向定位方法設(shè)計(jì)Rx線圈時(shí)就非常須要考慮磁屏蔽問題。

因此，我們必須要設(shè)計(jì)Rx側(cè)邊的磁片材料和厚度，以便該磁片不會達(dá)到磁化飽和點(diǎn)。在這樣的情況下，磁鐵的磁通量將會穿過Rx側(cè)邊的磁片(圖3)。假如磁片太薄的話，它就會變成磁偏置元件并被磁化到飽和點(diǎn)，導(dǎo)致線圈電感大大降低。在這種情況下，根本不可能正常地供應(yīng)無線電源-根據(jù)TDK在這一領(lǐng)域擁有的豐富經(jīng)驗(yàn)，TDK已經(jīng)解決了一個(gè)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)難題。這包括磁性材料技術(shù)和工藝技術(shù)、從制造的各種線圈中獲得繞線圖技術(shù)專長以及磁圖設(shè)計(jì)技術(shù)。

TDK線圈設(shè)計(jì)

考慮到評估和上述的設(shè)計(jì)，TDK開發(fā)的超低剖面無線充電線圈滿足了WPC制定的最嚴(yán)格規(guī)格要求(圖4)。TDK的智能手機(jī)接收線圈裝置被安裝在智能手機(jī)里通過接收磁通量對手機(jī)進(jìn)行充電，它采用了專有的靈活的薄磁片，磁片的厚度只有0.57 mm，處于行業(yè)的領(lǐng)先地位。TDK也已經(jīng)在開發(fā)出厚度只有0.50 mm的磁片，以使得智能手機(jī)擁有更薄的充電裝置設(shè)計(jì)。在這一點(diǎn)上，厚度為0.57 mm的薄磁片的輸出電流大約為0.5 A 到0.6 A，而能提供相同或更好的輸出電流甚至更薄的0.50 mm的磁片也已經(jīng)在開發(fā)當(dāng)中，預(yù)計(jì)2013年可以開始批量生產(chǎn)。

這些發(fā)展都反應(yīng)出了TDK在磁材料技術(shù)和工藝技術(shù)以及有關(guān)創(chuàng)造獨(dú)特、極其纖薄且靈活的金屬磁片等領(lǐng)域擁有豐富的專業(yè)知識。因此，線圈裝置不僅變得超薄、重量輕，同時(shí)也高度耐沖擊，因?yàn)樗芴峁┏錾目煽啃?。TDK將會繼續(xù)提供低成本、高性能、高可靠性的產(chǎn)品和能滿足所有這些要求的全面的解決方案，從而為無線充電電力傳輸技術(shù)的發(fā)展和普遍使用做出貢獻(xiàn)。


TDK開發(fā)的超低剖面無線充電線圈滿足了WPC制定的最嚴(yán)格規(guī)格要求。TDK的智能手機(jī)接收線圈裝置(右圖)被安裝在智能手機(jī)里通過接收磁通量對手機(jī)進(jìn)行充電，它采用了專有的靈活的薄磁片，磁片的厚度只有0.57 mm，處于行業(yè)的領(lǐng)先地位。

未來的設(shè)計(jì)師將獲得的好處

無線電力并不僅僅是能幫助設(shè)備免去電源線并提供方便;它同時(shí)也改變了制造商設(shè)計(jì)設(shè)備的方式。去掉電源插座為實(shí)現(xiàn)開發(fā)出密封的甚至更纖薄的防水防塵的智能手機(jī)目標(biāo)邁開了重要的一步。這樣的手機(jī)同時(shí)會變得更可靠更堅(jiān)固，并且不再需要一個(gè)平坦的邊緣來安裝電源插座。

隨處可得的無線充電將會進(jìn)一步允許設(shè)計(jì)師考慮設(shè)計(jì)出更小的電池，因?yàn)橛脩艨梢曅枰湍芎芎唵蔚匕咽謾C(jī)電池充滿電。


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