無線電力傳輸線圈

在旅途中智能充電

如今，無線充電最終使得移動設備完全不受制于最后一根電線-這必然會令智能手機用戶感到非常欣喜。TDK已經(jīng)開發(fā)出了超平的電力傳輸線圈，這款線圈能滿足無線充電聯(lián)盟(WPC)要求最嚴格的Qi規(guī)格。

無須使用電線或連接器的電力傳輸已經(jīng)廣泛地應用于各種產(chǎn)品，例如牙刷、LED蠟燭、遙控器、醫(yī)療設備或電磁爐，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)品或應用，它不能普遍地用于其它各種尺寸大小和形狀各異的設備。如今，用戶要求充電站能普遍對來自不同制造商的產(chǎn)品進行充電，并同時能對下一代的產(chǎn)品模型充電。

未來的移動設備用于在使用他們的設備時再也不需要擔心電池消耗問題，因為他們所到之處的很多地方幾乎都能提供通用無線充電?，F(xiàn)在，全球有超過120家公司參與WPC，以創(chuàng)建和推廣標準化無線電力傳輸。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，它能使移動設備獲得標準化的無線充電。

TDK的愿景是開發(fā)出一個絕對平整的能為所有符合WPC規(guī)格的設備充電的表面，以便提供一個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)之間的電磁感應把電磁能由初級線圈(Tx線圈)傳送到次級線圈(Rx)。

圖1：移動設備無線充電基本原理

通過采用電磁感應方法，無線電力傳輸能對尺寸和形狀各異的不同設備進行無線充電。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)需要面臨的一個技術(shù)難題就是對準Tx 和Rx線圈，以使它們實現(xiàn)最高效率的電力傳輸。為了幫助尺寸和形狀各異的設備設計出通用充電板，我們必須避免使用機械定位輔助，例如設備支架或類似結(jié)構(gòu)的設備。

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行導向定位(圖2)

使用能發(fā)現(xiàn)Rx線圈位置的移動Tx線圈進行自由定位

使用選擇性激活最接近Rx線圈的線圈陣列中的多個Tx線圈之一進行自由定位

圖2：使用磁鐵進行導向定位

為了能實現(xiàn)磁場能量的最有效的轉(zhuǎn)移，準確對準Tx 和Rx線圈是非常重要的。導向定位方法是使用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)采用了一套認證體系，以便為上述對準方法驗證Rx和Tx兩側(cè)邊的相互操作。除非該線圈能對所有Tx線圈進行準確操作，否則無法獲得Rx線圈認證，因此，TDK已經(jīng)設計了真正的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，就可以實現(xiàn)這個方案。

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圖3：Tx 和Rx線圈之間的磁通量

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

磁片面臨的挑戰(zhàn)

每一種方法都有各自的優(yōu)點和缺點。例如，盡管導向定位方法對于Tx側(cè)邊的設計更簡單，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向定位方法設計Rx線圈時就非常須要考慮磁屏蔽問題。

因此，我們必須要設計Rx側(cè)邊的磁片材料和厚度，以便該磁片不會達到磁化飽和點。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，導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無線電源-根據(jù)TDK在這一領域擁有的豐富經(jīng)驗，TDK已經(jīng)解決了一個非常復雜的設計難題。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)專長以及磁圖設計技術(shù)。

TDK線圈設計

考慮到評估和上述的設計，TDK開發(fā)的超低剖面無線充電線圈滿足了WPC制定的最嚴格規(guī)格要求(圖4)。TDK的智能手機接收線圈裝置被安裝在智能手機里通過接收磁通量對手機進行充電，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，以使得智能手機擁有更薄的充電裝置設計。在這一點上，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)當中，預計2013年可以開始批量生產(chǎn)。

這些發(fā)展都反應出了TDK在磁材料技術(shù)和工藝技術(shù)以及有關創(chuàng)造獨特、極其纖薄且靈活的金屬磁片等領域擁有豐富的專業(yè)知識。因此，線圈裝置不僅變得超薄、重量輕，同時也高度耐沖擊，因為它能提供出色的可靠性。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。

圖4：超低剖面TDK充電線圈

TDK開發(fā)的超低剖面無線充電線圈滿足了WPC制定的最嚴格規(guī)格要求。TDK的智能手機接收線圈裝置(右圖)被安裝在智能手機里通過接收磁通量對手機進行充電，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)的領先地位。

未來的設計師將獲得的好處

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

隨處可得的無線充電將會進一步允許設計師考慮設計出更小的電池，因為用戶可視需要就能很簡單地把手機電池充滿電。