مگنت شارژ بی سیم چگونه کار می کند؟ راهنمای کامل فنی و خرید

یک آهنربای شارژ بی سیم با استفاده از یک آرایه دقیق مرتب شده از آهنرباهای دائمی تعبیه شده در شارژر و دستگاه برای نگه داشتن دو سیم پیچ در تراز کامل کار می کند و کارایی انتقال القایی القایی الکترومغناطیسی را به حداکثر می رساند. بدون تراز مغناطیسی، شارژ القایی انرژی قابل‌توجهی را از دست می‌دهد – مطالعات کنسرسیوم برق بی‌سیم (WPC) نشان می‌دهد که یک سیم‌پیچ که فقط ۳ میلی‌متر ناهماهنگ است، می‌تواند بازده شارژ را تا ۳۰ درصد کاهش دهد. آهنربا در انتقال قدرت واقعی دخالت ندارد. تنها کار آن قفل کردن موقعیت است.

برای بازدید از محصولات ما کلیک کنید: آهنربای متخلخل NdFeB

بر اساس گزارش بازار 2025 توسط Grand View Research، بازار جهانی شارژ بی سیم ارزش گذاری شده است 23.4 میلیارد دلار در سال 2024 و پیش بینی می شود با نرخ مرکب سالانه رشد کند 17.8 درصد تا سال 2030 . فناوری تراز مغناطیسی در این رشد نقش اساسی دارد و لوازم جانبی فوری، سرعت شارژ سریع‌تر تایید شده و نسل جدیدی از اکوسیستم‌های شارژ مدولار را امکان‌پذیر می‌کند.

چرا آهنربا برای شارژ بی سیم ضروری است؟

آهنربای شارژ بی سیم تنها بزرگترین ضعف فنی انتقال توان القایی را حل می کند: ناهماهنگی سیم پیچ. شارژ القایی استاندارد Qi با عبور جریان متناوب از سیم پیچ فرستنده کار می کند و میدان مغناطیسی ایجاد می کند که جریان را در سیم پیچ گیرنده در داخل دستگاه القا می کند. این کار تنها زمانی کارآمد است که دو سیم‌پیچ متحدالمرکز باشند - هر افست جانبی راندمان اتصال را به سرعت کاهش می‌دهد.

فیزیک پشت حساسیت تراز ساده است. بازده جفت القایی از رابطه پیروی می کند:

• اندوکتانس متقابل با افزایش افست سیم پیچ کاهش می یابد. در افست جانبی 5 میلی متری، اندوکتانس متقابل می تواند به 60 تا 70 درصد از مقدار مرکزی خود کاهش یابد و مستقیماً تحویل توان را کاهش دهد.
• انرژی هدر رفته تبدیل به گرما می شود - نیرویی که به سیم پیچ گیرنده منتقل نمی شود به عنوان گرما در فرستنده پخش می شود و باعث کاهش طول عمر شارژر و بازده انرژی می شود.
• سرعت شارژ کاهش می یابد یا به طور کامل از کار می افتد - پروفیل های شارژ سریع گواهی شده برای حفظ وات بالاتر به طور ایمن نیاز به اتصال سیم پیچ ثابت دارند.

با قرار دادن آهنرباهای دائمی در یک الگوی حلقه مشخص، هم پد شارژر و هم دستگاه هر بار که در کنار هم قرار می‌گیرند، مجبور می‌شوند در یک موقعیت تکرارپذیر و دقیقاً در مرکز قرار گیرند. نیروی snap-to-centre معمولاً است 800 گرم نیرو (gf) تا 1500 gf برای اجرای اصلی شارژ بی سیم مغناطیسی، به اندازه کافی قوی است که لوازم جانبی را در هر زاویه ای از جمله جهت عمودی و معکوس نگه دارد.

چگونه آرایه آهنربایی شارژ بی سیم ساختار یافته است

آرایه آهنربایی در سیستم شارژ بی‌سیم یک آهنربای حلقه‌ای تکی نیست، بلکه آرایه‌ای از قطعات آهنربایی منفرد است که به دقت تقسیم شده‌اند که در قطبیت متناوب مرتب شده‌اند تا یک میدان متعادل و خود تراز ایجاد کنند. این طراحی بسیار مهم است: یک آهنربای حلقه ای یکپارچه می تواند یک میدان قوی اما نامشخص ایجاد کند که در عملکرد الکترومغناطیسی سیم پیچ شارژ اختلال ایجاد می کند.

طراحی حلقه آهنربایی قطعه بندی شده

اجرای استاندارد شارژ بی سیم مغناطیسی استفاده می کند بین 8 تا 36 قطعه آهنربایی مجزا به صورت حلقه ای با قطبیت متناوب شمال-جنوب چیده شده است. ترتیب متناوب به سه هدف به طور همزمان دست می یابد:

• نیروی مرکز - قطب‌های متناوب نیروی بازگردانی ایجاد می‌کنند که هر دو جزء را به سمت موقعیت تعادلی منفرد در مرکز می‌کشد.
• جاذبه متقارن چرخشی - از آنجایی که آرایه متقارن است، شارژر و دستگاه بدون توجه به جهت چرخشی به درستی به هم متصل می شوند و امکان نصب لوازم جانبی با هر زاویه را فراهم می کنند.
• حداقل تداخل سیم پیچ - قطب های متناوب باعث می شود که میدان های مغناطیسی سرگردان تا حد زیادی یکدیگر را در داخل حلقه خنثی کنند و محیط الکترومغناطیسی تمیز مورد نیاز سیم پیچ شارژ را حفظ کنند.

لایه محافظ فریت

هر سیستم آهنربای شارژ بی سیم که به درستی مهندسی شده باشد شامل یک لایه محافظ فریت بین آهنرباها و سیم پیچ شارژ می شود. فریت یک ماده مغناطیسی نرم است که شار سرگردان را از آهنرباهای دائمی به دور از سیم پیچ ها هدایت می کند. بدون این لایه، میدان‌های آهنربای دائمی تا حدی هسته سیم‌پیچ را اشباع می‌کند و باعث کاهش اندوکتانس و کاهش عملکرد شارژ می‌شود. ورق های فریت مورد استفاده در شارژرهای بی سیم معمولاً هستند ضخامت 0.3-0.8 میلی متر با نفوذپذیری 50-150 میکرون.

کدام انواع آهنربا در شارژ بی سیم استفاده می شود؟

آهنرباهای نئودیمیم آهن بور (NdFeB) نوع آهنربای غالبی هستند که در کاربردهای شارژ بی سیم به دلیل چگالی انرژی استثنایی و ضریب فرم فشرده آنها استفاده می شود. جدول زیر انواع آهنرباهای مربوط به طراحی شارژ بی سیم را مقایسه می کند.

جدول 1: انواع آهنربا در مقایسه با مناسب بودن شارژ بی سیم. منابع: Arnold Magnetic Technologies; انجمن تولیدکنندگان مواد مغناطیسی (MMPA)؛ سری IEC 60404.

Sintered NdFeB درجه N52 انتخاب ارجح برای آهنرباهای شارژ بی سیم ممتاز است. با محصول انرژی تا 52 MGOe بالاترین قدرت میدان را در واحد حجم ارائه می‌کند و به حلقه‌های آهنربایی نازک‌تر اجازه می‌دهد که با بودجه‌های ضخامت کم گوشی‌های هوشمند مدرن (معمولاً کمتر از 0.8 میلی‌متر برای آرایه آهنربا) مناسب باشند. آهنرباهای NdFeB با لایه‌های نیکل-مس-نیکل یا اپوکسی پوشانده می‌شوند تا از اکسیداسیون سطحی که در دستگاه‌های در معرض رطوبت بسیار مهم است، جلوگیری شود.

گام به گام در داخل یک سیستم مگنت شارژ بی سیم چه اتفاقی می افتد

توالی شارژ کامل از قرار دادن تا تحویل انرژی شامل پنج مرحله مجزا است که هر یک از آنها به طور مستقیم بر سیستم آهنربا تأثیر می گذارد.

1. رویکرد و تراز فوری (0-0.5 ثانیه) - هنگامی که دستگاه وارد میدان مغناطیسی پد شارژر می شود (معمولاً بین 20 تا 30 میلی متر)، آرایه آهنربای متناوب یک گشتاور مرکزی اعمال می کند. دستگاه با یک کلیک شنیداری یا لمسی به حالت متحدالمرکز می‌چسبد. دقت تراز به دست آمده: معمولاً در 0.5 میلی متر از مرکز.
2. تشخیص جسم خارجی (0.5-2 ثانیه) - کنترل کننده شارژر یک اندازه گیری اندوکتانس پایه را اجرا می کند. اجسام فلزی (سکه ها، کلیدها) امضای اندوکتانس مورد انتظار را تحریف کرده و شارژ را متوقف می کنند. تراز دقیق ارائه شده توسط آهنرباها این اندازه گیری پایه را تکرارپذیرتر می کند و قابلیت اطمینان تشخیص را بهبود می بخشد.
3. ارتباط و مذاکره پروفایل (2 تا 5 ثانیه) - شارژر و دستگاه از طریق سیگنالینگ درون باند تعدیل شده در میدان انتقال نیرو با هم ارتباط برقرار می کنند. مشخصات وات تایید شده دستگاه شناسایی شده است. عدم هماهنگی در این مرحله باعث خرابی سیگنال می شود. قفل مغناطیسی از رانش موقعیت جلوگیری می کند.
4. انتقال نیرو (در حال انجام) - جریان متناوب 100-400 کیلوهرتز از سیم پیچ فرستنده عبور می کند. سیم پیچ گیرنده دقیقاً تراز شده حداکثر اندوکتانس متقابل را به دست می آورد. پیاده سازی های تایید شده می توانند پایدار باشند 7.5 وات، 12 وات یا 15 وات بسته به سطح گواهی دستگاه و شارژر.
5. مدیریت حرارتی و برق (در حال انجام) - سنسورها دمای سیم پیچ و باتری را کنترل می کنند. در دماهای بالا، کنترل کننده شارژ قدرت را کاهش می دهد. آرایه آهنربا تا حدودی کاملاً مؤثر باقی می ماند 80 درجه سانتی گراد برای NdFeB درجه N52 (بسیار بالاتر از دمای سطح 45-50 درجه سانتیگراد که معمولاً در طول شارژ سریع بی سیم به دست می آید).

شارژ بی سیم مغناطیسی در مقابل غیر مغناطیسی: مقایسه مستقیم

شارژ بی سیم مغناطیسی به طور مداوم از شارژ استاندارد Qi pad در استفاده روزانه در دنیای واقعی از نظر کارایی، سرعت و وسعت اکوسیستم لوازم جانبی بهتر است. جدول زیر تفاوت های اندازه گیری شده و منتشر شده را خلاصه می کند.

جدول 2: مقایسه شارژ بی سیم مغناطیسی و استاندارد Qi. منابع: Wireless Power Consortium Technical مشخصات v1.3; گزارش کارآیی ChargerLab 2025; پایگاه داده Teardown iFixit.

آیا آهنربا شارژ بی سیم به گوشی یا کارت شما آسیب می رساند؟

آهنرباهای دائمی مورد استفاده در سیستم های شارژ بی سیم به گوشی های هوشمند مدرن آسیب نمی رسانند، اما می توانند کارت های نوار مغناطیسی ذخیره شده در کیف پول های متصل را پاک کنند. این یک تمایز مهم است که بر انتخاب لوازم جانبی برای کاربرانی که کارت‌های اعتباری، کارت شناسایی یا کارت‌های کلید هتل را در کنار تلفن خود حمل می‌کنند، تأثیر می‌گذارد.

تاثیر بر الکترونیک گوشی های هوشمند

اجزای مدرن گوشی های هوشمند که از نظر تئوری می توانند تحت تأثیر میدان های مغناطیسی قرار گیرند عبارتند از ژیروسکوپ، قطب نما/ مغناطیس سنج، آهنرباهای بلندگو و حافظه فلش. در عمل:

• حافظه فلش NAND کاملاً در برابر میدان های مغناطیسی مصون است - داده ها را به عنوان بار الکتریکی ذخیره می کند نه جهت گیری مغناطیسی.
• قطب نما / مغناطیس سنج به طور موقت توسط آهنرباهای دائمی اطراف اشتباه گرفته می شود، اما پس از برداشتن شارژر به قرائت های دقیق باز می گردد. هیچ آسیب دائمی رخ نمی دهد.
• صفحه نمایش OLED و LCD تحت تأثیر قدرت میدان مورد استفاده قرار نمی‌گیرند (معمولاً 50 تا 150 mT در سطح آهنربا، که با فاصله به سرعت کاهش می‌یابد).
• سیم پیچ شارژ بی سیم برای عملکرد در حضور آرایه آهنربا طراحی شده است - سپر فریت تضمین می کند که آهنرباها و سیم پیچ با یکدیگر تداخل ندارند.

تاثیر روی کارت های اعتباری و کارت های نوار مغناطیسی

کارت‌های نوار مغناطیسی (کارت‌های اعتباری، کلید هتل، کارت‌های حمل‌ونقل) که مستقیماً در مقابل یک آرایه آهن‌ربایی شارژ بی‌سیم قرار می‌گیرند، می‌توانند برای همیشه مغناطیسی‌زدایی شوند. نوارهای مغناطیسی مورد استفاده در این کارت‌ها تقریباً با اجبار 300 تا 4000 Oe کدگذاری می‌شوند - در محدوده‌ای که آهن‌رباهای NdFeB (با میدان‌های سطحی 3000 تا 13000 گاوس) می‌توانند بازنویسی کنند. تحقیقات مجله بین المللی پرداخت کارت (2024) نشان داد که 87 درصد از نوارهای مغناطیسی کارت اعتباری استاندارد پس از 10 دقیقه تماس مستقیم با آهنربای N52 NdFeB غیرقابل خواندن شد.

راه حل ساده است: از لوازم جانبی کیف پول با یک جیب کارت محافظ شامل یک مانع نازک مو فلزی یا دائمی بین کارت ها و حلقه آهنربا. این میدان مغناطیسی را در سطح کارت به زیر 5 گاوس کاهش می دهد - برای همه کارت های نوار مغناطیسی ایمن است. کارت‌های تراشه EMV و کارت‌های پرداخت مبتنی بر NFC (از جمله کارت‌های مجازی ذخیره‌شده به صورت دیجیتال) کاملاً در برابر میدان‌های مغناطیسی مصون هستند و نیازی به محافظ ندارند.

چگونه قدرت آهنربا بر سرعت شارژ بی سیم تأثیر می گذارد

قدرت آهنربا به طور مستقیم سرعت شارژ را تعیین نمی کند - طراحی سیم پیچ و الکترونیک قدرت - اما قدرت آهنربا به طور غیرمستقیم سرعت را با تضمین دقت تراز مورد نیاز برای حفظ وات شارژ سریع تایید شده، افزایش می دهد.

آزمایش توسط آزمایشگاه الکترونیک مستقل ChargerLab (2025) سرعت های شارژ زیر را در نوبت های مختلف سیم پیچ برای شارژر بی سیم مغناطیسی تایید شده 15 وات اندازه گیری کرد:

• افست 0 میلی متر (تراز کامل) : 15 وات پایدار، 0-80٪ شارژ در 52 دقیقه
• افست 1 میلی متر : 14.2 وات، اختلاف سرعت ناچیز
• افست 3 میلی متر : 10.5 وات، 0 تا 80 درصد در 74 دقیقه (43 درصد بیشتر)
• افست 5 میلی متر : 6.8 وات، شارژ نمی تواند مشخصات شارژ سریع را حفظ کند
• افست 8 میلی متر : شارژ قطع می شود یا به قطر 2.5 وات می رسد

این اعداد نشان می دهد که چرا تراز مغناطیسی برای شارژ سریع بی سیم غیرقابل مذاکره است. یک آرایه آهنربایی قوی‌تر با نیروی نگه‌دارنده بالاتر (1200 gf در مقابل 800 gf) همراستایی را تحت ارتعاش و حرکت روزمره - روی داشبورد ماشین، پایه دوچرخه یا سطح لرزان - حفظ می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که پروفایل شارژ سریع هرگز قطع نمی‌شود.

نحوه انتخاب لوازم جانبی مگنت شارژ بی سیم مناسب

هنگام انتخاب یک شارژر بی‌سیم مغناطیسی یا لوازم جانبی، پنج ویژگی مهم‌تر هستند: نیروی نگه‌دارنده آهنربا، وات گواهی، سازگاری کیس، وسعت اکوسیستم لوازم جانبی و کلاس تشخیص جسم خارجی.

جدول 3: مقایسه ردیف لوازم جانبی آهنربا شارژ بی سیم بر اساس مشخصات کلیدی. منابع: پایگاه داده محصولات کنسرسیوم برق بی سیم; برگه اطلاعات فنی سازنده

چک لیست قبل از خرید شارژر بی سیم مغناطیسی

• مطمئن شوید که دستگاه شما دارای آرایه آهنربایی داخلی است — مدل‌های قدیمی‌تر و بسیاری از دستگاه‌های اندرویدی آهنرباهای هم‌ترازی تعبیه‌شده ندارند و به یک جعبه مغناطیسی یا آداپتور حلقه سازگار نیاز دارند.
• گواهینامه وات را بررسی کنید - به جای ادعای وات بازاریابی سازنده، به دنبال رتبه‌بندی‌های تایید شده شخص ثالث باشید، که ممکن است منعکس‌کننده اوج باشد تا خروجی پایدار.
• مواد پرونده خود را ارزیابی کنید - موارد نازک سیلیکونی یا پلاستیکی سازگار هستند. قاب های فلزی بدون توجه به تراز آهنربایی، شارژ بی سیم را کاملاً مسدود می کنند.
• در صورت نصب عمودی، نیروی نگهدارنده سوار خودرو را تأیید کنید - برای جلوگیری از لغزش در حین رانندگی، بارهای ارتعاشی و پیچیدن خودرو به حداقل 1000 گرم فوت نیاز دارند.
• در صورت استفاده از لوازم جانبی کیف پول، محافظ کارت را بررسی کنید - مطمئن شوید که کیف پول به وضوح یک لایه محافظ مغناطیسی برای کارت های راه راه مشخص می کند، نه فقط محافظ NFC.

سوالات متداول در مورد آهنرباهای شارژ بی سیم

نتیجه گیری: آهنربا شارژ بی سیم پایه شارژ سریع قابل اعتماد است

آهنربا شارژ بی سیم یک جزء کوچک اما از نظر فنی دقیق است که تعیین می کند آیا شارژ بی سیم سریع واقعاً همانطور که در استفاده روزمره تبلیغ می شود عمل می کند یا خیر. بدون تراز مغناطیسی قابل اعتماد، انتقال توان القایی به طور غیرقابل پیش بینی کاهش می یابد - از دست دادن سرعت، تولید گرمای اضافی، و ناتوانی در حفظ پروفایل های با وات بالا که دستگاه های مدرن پشتیبانی می کنند. شارژ بی سیم مغناطیسی با استفاده از یک آرایه آهنربایی به خوبی مهندسی شده با استفاده از بخش های متخلخل N52 NdFeB، یک لایه محافظ فریت و نیروی نگهدارنده کافی، عملکرد ثابت 15 وات، سازگاری لوازم جانبی گسترده و انعطاف پذیری را برای نصب در هر مکانی ارائه می دهد.

از آنجایی که بازار جهانی شارژ بی سیم تا پایان دهه به 40 میلیارد دلار نزدیک می شود، تراز مغناطیسی به جای یک ویژگی برتر، به یک انتظار اولیه تبدیل خواهد شد. درک نحوه عملکرد آهنربای شارژ بی سیم - از آرایه قطب متناوب آن گرفته تا سپر فریتی آن گرفته تا تعامل آن با کارت های اعتباری - مصرف کنندگان و مهندسان را برای تصمیم گیری آگاهانه در مورد محصول و جلوگیری از مشکلات رایج پیاده سازی های نامناسب، درجه پایین یا تایید نشده مجهز می کند.