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纳米晶软磁合金材料在无线充电的应用与展望

时间:2020.07.23 来源:江苏鑫铂源科技有限公司浏览量:载入中...

纳米晶合金的特性

当前无线充电Qi标准的频率在100-200k之间,在此频率下,纳米晶的磁导率和钴基非晶的磁导率非常的接近,明显高于铁基非晶和铁氧体,而损耗却恰恰相反,明显低于铁基非晶和铁氧体。纳米晶在温度应用方面也有优势,纳米晶不仅在应用温度比钴基非晶和铁氧体都要宽外,在-40℃-120℃范围内,纳米晶的稳定性也明显优于铁氧体。在磁性材料设计方面纳米晶也具备明显的优势,纳米晶可以定向控制磁导率和抗饱和磁场。纳米晶的磁导率可在1000-30000内随意可调。磁性材料的设计,要求在特定的工作电流下,不要达到磁饱和,一旦达到磁饱和,就会停止工作,纳米晶可调抗饱和磁场可达30~350A/m,使得无线充电的应用范围更宽。

几种铁基纳米晶与铁基非晶、钴基非晶、铁氧体之间的比较:饱和磁通密度:铁基纳米晶除了比铁基非晶略低一点外,明显优于钴基非晶和铁氧体;在矫顽力、初始磁导率、饱和磁致伸缩系数、居里温度、性能变化率等方面纳米晶全面优于其他材料,因此,纳米晶是最佳的软磁材料。

纳米晶的发展趋势

随着电子产品正在向高频、节能、小型、集成化方向发展,应用频率也在不断提高,带材一代代更新。从最初的传统制带工艺(国内现有生产水平)厚度22-30μm,到现在带材发展到三代、四代,用先进制带工艺(国际先进生产水平)可做到14-22μm。而且掌握了更薄的制带技术。纳米晶带材的发展趋势就是超薄带。超薄纳米晶带特性:带材越薄损耗越低。导磁片批量化生产工艺变革,2015年导磁片批量化生产以来,工艺不断变革,由片材逐渐过渡到卷材,大幅提高生产效率,满足不断增长的需求。

无线充电在手机已经有普及的趋势,在穿戴领域也有很多产品,未来在家里、办公室、公共场所、出行工具、交通都会有无线充电的普及,未来还会有电动汽车的普及。

无线能量传输(WPT):智能手机、智能穿戴(小功率)无线充电的结构类似于变压器,由发射端和接收端构成,发射端和接收端都是由线圈和磁性材料构成,磁性材料有不同的选择,有铁氧体、非晶、纳米晶等。

软磁屏蔽材料在无线充电中的作用

隔磁屏蔽:为磁通量提供一条低阻抗通路,降低向外散发的磁力线,减少对周围金属物体的影响,防止产生涡流和信号干扰。

导磁降阻:提高耦合系数,提升磁电转换效率,使用更少的匝数来实现更高电感的线圈,降低线圈电阻,减少发热带来的效率降低(匝数越多,电阻越高)。

应用案例

纳米晶在无线充电的应用是从S7开始,一种材料实现所有功能,取代了非晶和铁氧体的组合。一般认为,用于NFC的软磁材料,铁氧体是最佳的,而认为纳米晶不适合,因为在高频,纳米晶的损耗远大于铁氧体,但是三星恰恰做了突破,S7的成功应用证明了纳米晶是可以用于NFC的,随后的S8/N8/A7/J5/J7等众多型号产品,将纳米晶的应用从WPC扩展到NFC和MST。国内纳米晶生产代表企业安泰科技在发射端也做了一些尝试,用纳米晶导磁片做了几款无线充电器产品,有多工位、多功能等特色产品,性能没有任何问题,现在唯一的问题就是导磁片的成本比铁氧体高。

导磁片发展趋势:

接收端:吸波材料→铁氧体→非晶+铁氧体→纳米晶

纳米晶导磁片:

——超薄:0.14→0.12→0.11→0.10

高磁导、低损耗——高Q

应用与普及:

小功率:手机、智能穿戴等

中功率:电脑、厨房家电等

大功率:电动汽车、道路等基础设施

未来,将是无线的世界,改变生活,改变世界。

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