接收端磁片的温升数据,通常以一个数字出现在规格书或测试报告里:温升低 7–8℃,或者表面温度不超过 40°C。这个数字来自热电偶或热成像的某个测点,反映的是磁片的平均状态或更高点。
但“更高点”和“平均值”之间的差距,本身就是一条被忽略的风险信息。磁片平面内的磁通密度并不均匀,损耗密度也不均匀。平均值达标,不代表局部没有过热;表面更高温度没有越过阈值,不代表磁片内部没有热斑。
热斑从哪里来:磁通不均匀性是第一个入口
磁通密度在磁片平面内的分布,受线圈形状、偏移状态和磁片自身结构的影响。发射线圈和接收线圈的几何形状不匹配时,磁力线在磁片上的投影不再均匀;用户放置手机时的横向偏移,使偏移侧的磁通密度显著升高;碎磁隔磁片的碎片间隙和层间界面,会在局部引入磁阻变化,使磁通在碎片边缘或界面附近集中。
磁通集中区域的局部加热
磁通密度较高的区域,磁滞损耗和涡流损耗的体密度也更高。如果这些热量不能及时横向扩散,就会在局部积累,形成温度高于周围区域的热斑。专利文献对此有明确的描述:较不均匀的通量密度分布导致较高的总损耗,并引起磁通量被集中的区域的局部加热。
热斑为什么危险:损耗随温度上升的正反馈
热斑的危险不在于“某个点温度高一点”,而在于它可能触发一个正反馈循环。
磁性材料的损耗并不是一个与温度无关的常数。在某些工作区间,磁滞损耗和涡流损耗会随温度上升而增加。当局部区域形成热斑后,该区域的温度升高,损耗进一步增加,产生更多热量,温度继续上升。如果散热路径不足以把热量带走,这个循环会自我加速。
专利文献给出的警示是:在一些情况下,温度可达到 100°C 或更多,并可能使磁性材料的特性和无线功率转移的性能退化;在更严重的情况下,磁性材料可能被损坏,或周围的电子部件、封装和外壳可能被额外的热损坏。这意味着,热斑的风险不能只用“平均温升”来评估。一个平均温升只有 20℃ 的磁片,可能在某个局部区域已经接近或越过 100℃。平均数据掩盖了局部失效的起点。
胶层热阻:热斑为什么“散不出去”
热斑的形成,一半源于局部热源集中,另一半源于横向散热路径受阻。
接收端磁片通常由多层磁性层通过胶膜叠合而成。胶膜是聚合物材料,热导率远低于金属磁性层。多层结构中的每一层胶膜,都是热传导路径上的一个串联热阻。专利文献指出,双面胶的导热性差,胶层分布在纳米晶单片之间,大幅增加了整个隔磁片的热阻,降低了系统的散热能力,导致无线充电系统温升过高。这个结构性问题对热斑的影响是:热量在厚度方向上的传导被胶层阻碍,在平面方向上的扩散又受限于磁性层本身的热导率。如果磁片平面方向的热导率不足以把热斑区域的热量摊开,热量就会在局部积累。对于各向异性热导率的磁片,平面方向与厚度方向的热导率比值在 5–15:1 的范围内,意味着平面扩散能力相对较强,但厚度方向的散热仍然依赖胶层和界面。如果胶层热阻过高,即使平面扩散把热量摊开了一部分,热量仍然难以有效传导到下方的金属壳体。
铁氧体的“接缝热斑”与纳米晶的“界面热斑”
不同材料体系的磁片,热斑的成因位置不同。
铁氧体:接缝处的局部过热
铁氧体磁片在接收端通常由多块瓦片拼接而成。瓦片之间的接缝和空气间隙,是磁阻突变的区域。磁通在接缝附近重新分布,可能在接缝边缘形成局部磁通集中和损耗集中。IEEE 文献明确指出,铁氧体块连接处的局部过热经常发生,对系统可靠性构成潜在风险;一种应对思路是用导磁粉末填充空气间隙,形成“磁通桥”来缓解接缝处的热集中。
纳米晶:层间界面与碎片边界
纳米晶磁片的热斑风险,更多集中在层间界面和碎片边界。碎磁后的碎片间隙切断了涡流路径,但也引入了磁阻不均匀性。多层叠合结构中,胶层与磁性层的界面既是热阻,也是磁通路径上的阻抗突变点。如果碎片尺寸分布不均匀或层间对位偏差较大,磁通在局部区域的集中程度会上升,热斑风险随之增加。
从“平均温升”转向“热斑风险”的选型判断
第一,要求供应商提供热成像或局部温度分布数据,而非仅提供平均温升或单点更高温度
平均温升达标不代表没有热斑。热成像可以显示磁片表面的温度分布,帮助识别局部热点是否出现在接缝、边缘或层间界面附近。如果供应商只能提供一个温升数字,对热斑风险的判断依据是不足的。
第二,在偏移工况下确认热斑的位置和幅度,而不是只在中心对位条件下测平均温升
偏移是磁通不均匀性的主要来源。选型时应确认在更大偏移条件下,热斑是否出现在磁片边缘或接缝区域,以及该区域的温度是否接近材料的损耗急剧上升区间或邻近结构的耐温边界。
第三,追问多层结构的胶层热阻和平面热导率数据
热斑的严重程度,取决于热量能否从局部热源扩散出去。胶层的热阻、磁性层的平面热导率,以及热导率的各向异性比值,共同决定了热斑的“散热半径”。选型时应确认供应商是否能够提供这些热参数,而不是仅提供磁性能和损耗数据。
第四,在材料体系选择中,把“热斑风险”与“平均温升”分开评估
铁氧体的接缝热斑和纳米晶的界面热斑,成因不同,缓解手段也不同。平均温升较低的方案,不一定热斑风险更低;平均温升略高的方案,如果热扩散路径更均匀,热斑的峰值温度可能反而更低。选型的判断依据,应是在目标工况下热斑峰值温度是否落在安全区间内,而不是单纯的温升平均值。
先进院(深圳)科技有限公司 的接收端磁片产品线覆盖铁氧体复合片与纳米晶复合片,纳米晶系列饱和磁感 ≥1.25 T,同效率下典型厚度 0.11 mm,较铁氧体方案温升低 7–8℃。
产品可提供多层结构的胶层热阻与平面热导率数据,并支持在偏移工况下进行热成像或局部温度分布的评估。更多技术资料请访问 http://www.avanzado.cn/。


