磁感應(MI)無線充電技術已商品化多年,2014年更大舉進駐智慧型手機,而磁共振(MR)技術則還需一段時日發展成熟。不過,不管是MR還是MI,磁性材料都是不可或缺的關鍵材料。工研院已研發出一款薄形電感材料,可同時適用於磁感應和磁共振頻段,開發者僅須使用同一磁芯,即可滿足無線充電技術之各頻段需求。
工研院材化所電磁材料元件研究室研究主任唐敏注表示,無論是無線充電中的磁感應還是磁共振,靠的都是磁場傳輸功率,唯一不同的是,兩者使用的模組不同。理想的導磁材料必須具備很高的導磁率,只要加上一個磁場,就會產生千倍萬倍的磁通量。
不過,磁通量是會飽和的,飽和後不管加上多大的磁場,磁通量都不會增加,因此無線充電只能在一定距離範圍內才能工作。另外,磁性材料也不是在任何頻率都可以工作,通常導磁率越高,工作頻率就越低,其稱為Snoek效應(Snoek limit),是很自然的現象。
因此,在選擇材料時,無線充電開發商會面臨一個問題是,該材料的飽和磁通量究竟有多高?像是非金質合金(Amorphous)的磁通量很高,可以傳遞很大的功率;鐵氧磁體(Ferrite)的磁通量就比較低;複合材料(Composite)則是把石性粉末和橡膠、塑膠混在一起,變成一種軟性的材料,其飽和磁通量就更低,因為混了太多沒有磁性的膠料。
唐敏注進一步分析,目前廠商在無線充電材料上碰到的困難,主要是受限於Snoek效應,難以兼顧高頻高 μ高飽和性質,但可以從材料模擬選用、配方組成設計、晶項結構及製程調控,加以克服並突破技術瓶頸。
有鑑於國內業者在材料上面臨的考驗,工研院研發出雙頻無線充電磁性材料。同一磁芯材料可同時適用於磁感應和磁共振的頻段(100~300KHz、6.78MHz),且採用薄型外觀設計,容易實現模組整合。該材料本質上是鎳鋅系鐵氧磁體(NiZn Ferrite)和錳鋅系鐵氧磁體(MnZn Ferrite)電感材料,具備高耦合、高效率特性,除了應用在10瓦以下的低功率傳輸外,也可傳輸更高功率的電力。