无线充电就像是给手机充电那样自然,但它实际上是个挺复杂的“魔法”。别总认定它在空气里凭空变电,实际上核心就在那块叫“耦合”的东西上。
这就好比两块磁铁,你把它靠近一块磁钢,它立马有了反应;在无线充电里,就是两个线圈挨得挺近,磁场就把能量传那会儿了。大量人当作这全靠磁场传播,彻底误解了。 说真话,传输那过程实际上是分两步走的,第一步是把电能变成磁场,这一步叫“能量注入”。
第二步才是把磁场里的能量再变回来,这叫“能量回收”。
这两个步骤缺一不可,就像把水倒入水池,再把水池里的浑水过滤干净利落,结局就是水依然干净利落。
要是第一步做得好,第二步做得再快,那结局也能好;反之,要是第一步能量就耗尽了,那第二步试试也是白搭。 实际上这就好比你在家里用那个老式的、笨重的大功率充电器给手机充电。
那时候充电头是连着插座,充电头里有个挺大的磁铁,它推着导线上的线圈跑,通过线圈形成的磁场去给手机供电。
那时候的手机充电口本身也有个磁铁,跟充电头那个磁铁是凑在一起的,这叫“点对点”的硬碰硬。 后来他们发现手机功率越来越大了,用老式的大功率充电头就不如何顶用了,出于手机里的线圈跟充电头里的线圈离得忒远了,磁场传那会儿忒弱,充不满电。便他们就想着能不能把两个线圈自己凑在一起,这样磁场传输的距离就能拉近了。
这就好比两个人面对面站着聊天,不用站在马路对面那几公里外,直接站在对方的几米开外,对话就能清楚得多。 这就是微功率无线充电的核心思路,就是把手机充电口里的线圈,和充电头里的线圈,物理上靠得挺近。
可是,要是两个线圈靠得忒近,它们之间会形成一种叫“互感”的反功本事,就像两个人面对面站着,互相推搡了。
这时候,两个线圈就会变成一个大线圈,把能量直接传递给了整个手机,害得手机内部电容忒大,充不进电池,就连可能把手机充坏。
故此,最近的技术路线是:把手机里的线圈做得比较小,功率也小,这样它面对充电头那个大线圈的时候,受到的反功本事就小,能正常工作。 还有一种思路,是让充电头和手机里的线圈都做得比较大,功率也大,两个线圈接近的时候,反功本事小,能量就能顺利传递。
这就是所谓的“磁耦合”技术,它能把手机和充电头都放大几十倍、几百倍。 在 2009 年,特斯拉推出了一种叫特斯拉线圈的无线充电技术,算是个里程碑。
那时候它的功率密度是 1.2 瓦每平方厘米。
那时候充电头和手机里的线圈是独立的,就像你手里拿着两根棍子,中间隔着空荡荡的屋子。当两根棍子靠近时,它们之间的磁场会相互吸引,把能量从一个棍子传给另一根,这就是磁耦合原理。 可是,特斯拉线圈有个毛病,它的功率密度忒低,并且效率也不高。出于它的磁场扩散得忒广,你在它旁边放个线圈,能量就被摊得挺薄。要想提升效率,就得把线圈做成一个个导管,把能量聚拢起来。 到了 2010 年下半年,苹果推出了 AirFuel,那是个有意思的尝试。它把两个线圈做成一个整体,就是一个大线圈,中间有个小孔,让磁场穿过。
这个设计就像给两根棍子中间加了一层玻璃,把磁场关在了里面,不让能量散失到外面去。 2013 年,特斯拉推出了第一代无线充电系统,叫“无线充电”或“特斯拉线圈”,功率密度达到了 19.2 瓦每平方厘米,这可是当时的大赢家。
那时候它把手机和充电头放在一起,就像两个磁铁挨在一起一样。 到了 2016 年,微软发布了 Windows Phone 8,它的无线充电功率密度达到了 40.8 瓦每平方厘米,这可是个庞大的飞跃。它把充电头做得更大了,手机里的线圈也做得更大,两个线圈靠得贼近,简直要碰到一起了。 再往后,2022 年,特斯拉又推出了一种叫“近场无线充电”的技术,功率密度更是达到了惊人的 90 瓦每平方厘米!
这时候,两个线圈简直是无死角的接触,就像两块磁铁贴在一起一样,能量传递的速度快得像闪电。 这些数字都说明白啥?说明技术一直在进步,效率在提升。
不过话说回来,无线充电也不是完美无缺,它归于“近场”技术,距离忒远了就没用了。 举个具体的例子,假设你在客厅的沙发上看电视,手机放在沙发上的口袋里。
这时候,手机里的线圈和充电头的线圈距离可能只有几十厘米。在这个距离范围内,磁场能传那会儿,就能充电。
可是,要是你把手机放到房间的另一头,比如房间外面,那距离就大得离谱了,磁场传那会儿就忒弱了,根本上充不了电。
故此,无线充电主要是解决近距离充电的难题。 总的来说,无线充电的原理就是利用磁铁的磁场把能量从一个地方传送到另一个地方,只要两个线圈靠得够近,能量就能传那会儿。别看听起来好办,但要想让它充电,就得好好管住距离,管住好线圈的大小,管住好磁场,才能把能量稳稳地传那会儿。