无线充电用NiCuZn铁氧体磁性基板材料研究及天线结构设计
发布时间：2021-01-24 08:24
近几年来,基于电磁感应原理的无线充电技术逐渐兴起,其发展方向是效率更高、功率更大以及稳定性更好。为了提高无线充电的效率,一方面可以优化天线结构设计;另一方面,可以通过加入隔磁片增强线圈磁感应强度和抗金属干扰能力,在满足EMC要求的同时提高无线充电的效率。因此,开发高起始磁导率、高饱和磁感应强度和低功率损耗的磁屏蔽适用软磁材料并研究天线结构设计对无线充电技术的发展具有重要的意义。在材料研究方面,为了降低生产能耗,本论文重点探讨了无线充电用NiCuZn铁氧体的低温烧结技术。通过研究CuO含量、单一掺杂、复合掺杂、预烧温度和二次球磨对铁氧体性能结构的影响发现,主配方中添加适量低熔点CuO可以促进铁氧体的液相烧结致密化,材料烧结温度降低的同时保持良好的磁性能。进一步研究表明掺杂Li2CO3、V2O5和Bi2O3三种助熔剂均能降低样品烧结温度;添加0.1wt%Li2CO3能够有效降低烧结温度,且材料具有最高的?i...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感应耦合式无线充电系统原理图
第一章绪论3开发高磁导率、高饱和磁感应强度和低功耗的无线充电用软磁材料，这是提高充电效率的关键之一。图1-2Qi标准磁屏蔽结构[5]1.4铁氧体材料在无线充电中的应用现状无线充电Qi标准中，发射端可归为固定位置型、单线圈自由位置型以及多线圈自由位置型三类[6,16]，Qi标准中提出了将Material44牌号的NiZn铁氧体材料用于固定型发射端，表1-2列出了Qi标准中的铁氧体磁屏蔽参考材料以及国内天通公司生产的材料，包括MnZn和NiZn铁氧体材料两类[17]。表1-2发射端类型和铁氧体隔磁片参考材料[5,18,19]类型固定位置型单线圈自由位置型多线圈自由位置型工作频率110~205kHz140kHz105~113kHzQi标准参考材料Material44—FairRiteMaterial28—Steward,Inc.DPR-MF3—DaidoSteelHS13-H—DaidoSteelMaterial78—FairRite3C94—Ferroxcube.N87—EpcosAG.PC44—TDKCorp.无特别说明参考单线圈自由位置型材料要求损耗孝高频磁屏蔽效果好较高的可靠性有高Bs和低Pcv特性天通公司材料TN40L（NiZn铁氧体薄片）流延工艺NiZn柔性磁片TPB22（MnZn铁氧体薄片）几种无线充电用磁屏蔽材料的主要磁性能参数见表1-3。与MnZn铁氧体材料相比，NiZn铁氧体材料的饱和磁感应强度和磁导率虽然相对较低，但其拥有很大的电阻率，涡流损耗小，同时可以在空气中进行烧结，烧结温度相较MnZn铁氧体来说要低[20,21]。国内研究生产的NiZn铁氧体材料具有良好的性能指标，但对于感应式无线充电技术来说，目前市场上应用于100~205kHz低频段的NiZn铁氧体材料在如今的市场上还是比较匮乏。如何降低NiZn铁氧体烧结温度从而降低制造能耗，提高材料性能以及保证材料批量稳定生产，还需要进一步的深入研究。
钩桑?渲蠴2-构成的面心立方密堆积的晶体结构中，理论上存在着64个A位四面体间隙和32个B位八面体间隙。金属离子半径较氧离子半径要小，根据半径大小不同，金属离子将会占据不同类型间隙[38]，其中四面体间隙的空间小，尺寸较小的金属离子才可填充，而对于尺寸较大的金属离子，则会填充进入较大空间的八面体间隙。在NiCuZn尖晶石晶胞中有8个金属离子填充了A位，其余16个金属离子填充了B位，图2-1为NiCuZn尖晶石铁氧体晶胞示意图，图中O2-离子为白色球，斜阴影球为A位金属离子，黑色球则表示B位金属离子[39,40]。图2-1NiCuZn尖晶石铁氧体晶胞示意图[39]
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线充电用磁屏蔽材料[J]. 周丽波,梁迪飞,李维佳,王云,袁玉灵,吴潘. 磁性材料及器件. 2019(06)
[2]V2O5掺杂对低温烧结宽温NiCuZn铁氧体显微结构及性能的影响[J]. 刘兴,何超,陈轲. 磁性材料及器件. 2017(01)
[3]无线充电技术应用现状及发展前景[J]. 邱红. 科技创新与应用. 2016(15)
[4]无线传能技术的发展与展望[J]. 林桂江. 科技展望. 2016(03)
[5]组合掺杂对低温烧结NiZn功率铁氧体功耗特性的影响[J]. 刘兴,王升,张鑫. 磁性材料及器件. 2015(06)
[6]浅谈无线充电技术及磁性材料在其中的应用[J]. 万飞,张继松. 磁性材料及器件. 2014(03)
[7]软磁材料开发应用新热点[J]. 许佳辉,张瑞标,邵峰. 磁性材料及器件. 2014(03)
[8]基于电磁感应的无线充电技术传输效率的仿真研究[J]. 熊承龙,沈兵,赵宁. 电子器件. 2014(01)
[9]无线充电技术发展及应用[J]. 文博,魏伟,贾庆生,钱蒈. 集成电路应用. 2013(08)
[10]无线充电用软磁铁氧体材料[J]. 董生玉,杜成虎,孙蒋平,申志刚. 磁性材料及器件. 2012(06)
博士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统功效分析及优化设计[D]. 王圣明.华中科技大学 2018
[2]低温烧结NiCuZn铁氧体（LTCF）材料及叠层片式电感应用研究[D]. 苏桦.电子科技大学 2006
[3]高磁导率NiZn铁氧体的低温烧结研究[D]. 胡军.浙江大学 2006
硕士论文
[1]用于无线充电中的NiCuZn铁氧体屏蔽材料的研究[D]. 李东月.电子科技大学 2015
[2]磁耦合无线能量传输系统的线圈优化设计[D]. 吕超.北京交通大学 2015
[3]便携式小功率移动终端无线充电模块研究[D]. 李星宇.杭州电子科技大学 2015
[4]低功耗Mn-Zn铁氧体的制备及磁性能研究[D]. 孙兵.南京航空航天大学 2014
[5]感应式无线充电技术的研究[D]. 朱美杰.南京信息工程大学 2012
本文编号：2996931
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感应耦合式无线充电系统原理图
第一章绪论3开发高磁导率、高饱和磁感应强度和低功耗的无线充电用软磁材料，这是提高充电效率的关键之一。图1-2Qi标准磁屏蔽结构[5]1.4铁氧体材料在无线充电中的应用现状无线充电Qi标准中，发射端可归为固定位置型、单线圈自由位置型以及多线圈自由位置型三类[6,16]，Qi标准中提出了将Material44牌号的NiZn铁氧体材料用于固定型发射端，表1-2列出了Qi标准中的铁氧体磁屏蔽参考材料以及国内天通公司生产的材料，包括MnZn和NiZn铁氧体材料两类[17]。表1-2发射端类型和铁氧体隔磁片参考材料[5,18,19]类型固定位置型单线圈自由位置型多线圈自由位置型工作频率110~205kHz140kHz105~113kHzQi标准参考材料Material44—FairRiteMaterial28—Steward,Inc.DPR-MF3—DaidoSteelHS13-H—DaidoSteelMaterial78—FairRite3C94—Ferroxcube.N87—EpcosAG.PC44—TDKCorp.无特别说明参考单线圈自由位置型材料要求损耗孝高频磁屏蔽效果好较高的可靠性有高Bs和低Pcv特性天通公司材料TN40L（NiZn铁氧体薄片）流延工艺NiZn柔性磁片TPB22（MnZn铁氧体薄片）几种无线充电用磁屏蔽材料的主要磁性能参数见表1-3。与MnZn铁氧体材料相比，NiZn铁氧体材料的饱和磁感应强度和磁导率虽然相对较低，但其拥有很大的电阻率，涡流损耗小，同时可以在空气中进行烧结，烧结温度相较MnZn铁氧体来说要低[20,21]。国内研究生产的NiZn铁氧体材料具有良好的性能指标，但对于感应式无线充电技术来说，目前市场上应用于100~205kHz低频段的NiZn铁氧体材料在如今的市场上还是比较匮乏。如何降低NiZn铁氧体烧结温度从而降低制造能耗，提高材料性能以及保证材料批量稳定生产，还需要进一步的深入研究。
钩桑?渲蠴2-构成的面心立方密堆积的晶体结构中，理论上存在着64个A位四面体间隙和32个B位八面体间隙。金属离子半径较氧离子半径要小，根据半径大小不同，金属离子将会占据不同类型间隙[38]，其中四面体间隙的空间小，尺寸较小的金属离子才可填充，而对于尺寸较大的金属离子，则会填充进入较大空间的八面体间隙。在NiCuZn尖晶石晶胞中有8个金属离子填充了A位，其余16个金属离子填充了B位，图2-1为NiCuZn尖晶石铁氧体晶胞示意图，图中O2-离子为白色球，斜阴影球为A位金属离子，黑色球则表示B位金属离子[39,40]。图2-1NiCuZn尖晶石铁氧体晶胞示意图[39]
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线充电用磁屏蔽材料[J]. 周丽波,梁迪飞,李维佳,王云,袁玉灵,吴潘. 磁性材料及器件. 2019(06)
[2]V2O5掺杂对低温烧结宽温NiCuZn铁氧体显微结构及性能的影响[J]. 刘兴,何超,陈轲. 磁性材料及器件. 2017(01)
[3]无线充电技术应用现状及发展前景[J]. 邱红. 科技创新与应用. 2016(15)
[4]无线传能技术的发展与展望[J]. 林桂江. 科技展望. 2016(03)
[5]组合掺杂对低温烧结NiZn功率铁氧体功耗特性的影响[J]. 刘兴,王升,张鑫. 磁性材料及器件. 2015(06)
[6]浅谈无线充电技术及磁性材料在其中的应用[J]. 万飞,张继松. 磁性材料及器件. 2014(03)
[7]软磁材料开发应用新热点[J]. 许佳辉,张瑞标,邵峰. 磁性材料及器件. 2014(03)
[8]基于电磁感应的无线充电技术传输效率的仿真研究[J]. 熊承龙,沈兵,赵宁. 电子器件. 2014(01)
[9]无线充电技术发展及应用[J]. 文博,魏伟,贾庆生,钱蒈. 集成电路应用. 2013(08)
[10]无线充电用软磁铁氧体材料[J]. 董生玉,杜成虎,孙蒋平,申志刚. 磁性材料及器件. 2012(06)
博士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统功效分析及优化设计[D]. 王圣明.华中科技大学 2018
[2]低温烧结NiCuZn铁氧体（LTCF）材料及叠层片式电感应用研究[D]. 苏桦.电子科技大学 2006
[3]高磁导率NiZn铁氧体的低温烧结研究[D]. 胡军.浙江大学 2006
硕士论文
[1]用于无线充电中的NiCuZn铁氧体屏蔽材料的研究[D]. 李东月.电子科技大学 2015
[2]磁耦合无线能量传输系统的线圈优化设计[D]. 吕超.北京交通大学 2015
[3]便携式小功率移动终端无线充电模块研究[D]. 李星宇.杭州电子科技大学 2015
[4]低功耗Mn-Zn铁氧体的制备及磁性能研究[D]. 孙兵.南京航空航天大学 2014
[5]感应式无线充电技术的研究[D]. 朱美杰.南京信息工程大学 2012
本文编号：2996931
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