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无线充电线圈材质和隔磁片的选择
发布时间:2025-04-17 浏览数:68

根据电路理论,当导线中通以直流电流时,导线中电子是均匀分布的,则电流在导线内处处相等。然而,在导线内通以交流电流时,导线内电子会产生趋肤效应,即电子集中在导体表面,而导体内部电子较少,导线内电流分布不均匀,导线有效面积减小。根据导线内阻公式R=ρL/S可知,导体由于趋肤效应会造成导线内阻增加,因此在导线上产生的损耗就越大,并且使导线温升增加。


为了减弱趋肤效应的影响,无线充电系统中常用的线圈线材有利兹线和扁铜线两种,如图1所示。图1(a)为利兹线,它由多股绝缘铜线绞合而成,减小了每条导线的横截面积,从而提高了导线总的有效导电面积。图1(b)为扁铜线,扁铜线通过增加导线表面积,减小导线内部面积的方式来解决趋肤效应造成的影响,目前最常用的有冲压扁铜线材和印刷电路板(Print Circuit Board, PCB)两种方式。以上两种线材都一定程度减弱了导线由于趋肤效应导致的导线有效导电面积降低的问题。然而,通过对比分析,当导线通以大电流时,所需使用的扁铜线尺寸较宽,从而使整个线圈的尺寸大大增加。因此,在产品尺寸限制的情况下,常常选用利兹线作为线圈材料,相比扁铜线而言,利兹线具有高频损耗低、生产工艺要求低等优点。
在无线充电系统中,隔磁片是两端线圈的辅材,隔磁片可以聚拢磁力线,防止能量过分分散,影响系统效率,同时也可以防止漏磁,减少对其它设备造成干扰。在电能发射线圈下方添加隔磁片,可以隔掉线圈下方磁场,防止干扰电路工作,同时还起到聚磁的作用,使磁感线围绕在线圈上方,增加了线圈上方的磁场强度。在接收端上方添加隔磁片可以防止磁场对接收端线圈周围的金属物件产生作用而发热,同时也起到了聚磁的作用,增加了接收线圈的磁通,提高了线圈之间的耦合系数,从而增加系统传输效率。
目前最常用的隔磁片材料为PC95,PC95是TDK公司在2003年推出的一款新型磁材料,该材料具有宽温、低功耗、磁导率较高等优点,因此广泛应用于各类电子产品中。如图2所示为线圈不添加隔磁片和添加隔磁片的复合磁场分布仿真图,从图中可以看出,在磁片下方添加隔磁片后,磁片下方的磁场明显减弱,并且在线圈上方的磁场得到了明显的增强。