从智能手机、电子阅读器到平板电脑和便携式音乐播放器，每个移动设备都需要电力来运行，这意味着迟早你都得给它们充电。这时，多设备的专用充电线就着实让人恼火。这足以让你疑惑：“无线充电器是如何工作的？”
没错：存在无需电线就能传输电力并给设备充电的方法。如今市场上有几种产品，你只需将设备放在充电板上就能给设备充电。在本文中，我们将解释无线充电器的工作原理。电力从充电板传输到设备，就像魔法一样。但这不是魔法——这是科学！
特斯拉的无线充电能力梦想
尼古拉·特斯拉是个相当了不起的人物。他是一位古怪的天才，其在19世纪末和20世纪初的工作彻底改变了电子工程学。他是从无线电传输到开发交流电等多个领域的先驱。特斯拉也有不少对手——他的工作惹恼了当时一些最伟大的发明家，包括托马斯·爱迪生和古列尔莫·马可尼。
特斯拉一生中申请了许多专利。其中一项于1902年1月18日出现在专利局。该专利的名称是“用于传输电能的装置”。在专利中，特斯拉描述了一种他认为可以在不需要电线的情况下将电能从一个导体传输到另一个导体的装置。最终，由于工程和资金方面的障碍，特斯拉在这一领域的工作失败了。但这个梦想并没有随着尼古拉·特斯拉而消逝。
最初，通过无线电波传输电力似乎很有前景。晶体收音机就是无线电波如何传输电力的一个很好的例子。这种基本的收音机由一根作为天线的长线、一个二极管、另一根作为地线的线和一个晶体耳机组成。通过将两根线连接到二极管的两端，将地线连接到地上的金属桩，并将晶体耳机连接到二极管的两端，这个收音机就能接收到你能实际听到的无线电波，而且你不需要电池或其他电源来收听它们——无线电波本身就能提供电力。
无线电波传输的问题在于它们效率不高。无线电波在传输时会扩散——只有相对较小比例的无线电波能够到达充电设备的天线。但还有其他无线输电的方法，包括通过微波或磁力。磁力方法在寻求摆脱多余充电线的工程师中引起了强烈共鸣。
无线先驱
特斯拉不是唯一考虑无线电力传输的有远见的工程师。丹尼尔·瓦茨·特洛伊在1903年就申请了一项无需使用电线传输电力的方法的专利。
磁铁、电和感应耦合
要理解无线充电器的工作原理，我们需要看看磁力和电是如何关联的。这种关联使数百种不同类型的电子设备成为可能！
首先，让我们来看看电磁铁。制作一个简单的电磁铁很容易——你只需要一个电池、一些绝缘铜线和一个铁钉。将铜线缠绕在铁钉上，在两端留出足够的线来连接电池。确保每次缠绕铁钉时方向相同。缠绕在铁钉上的线圈越多，电磁感应就越强。
一旦你将铁钉用绝缘线缠绕好，你就可以将线的两端连接到电池的电极上。电流通过缠绕的电线，沿着铁钉产生磁场。你可以利用这个铁钉通过磁力吸附其他铁钉。如果你将电线的两端连接到电池的相反电极上，你就会改变电磁铁的极性——磁铁的北极就会变成南极，反之亦然。
如果你组装第二个发射线圈并将其放置在第一个附近，你就可以利用电磁铁的磁场在第二个线圈中产生电子流。如果你将第二个线圈连接到电压表上，每当你连接或断开电池的电线时，你实际上就能看到指针或读数的变化。这是因为将一个线圈暴露在变化的磁场中可以使电流通过该线圈。关键是磁场必须变化才能使电流持续流动——稳定的磁场不能用作感应器。
电池以直流电的形式提供电力，因为电流总是朝着相同的方向流动。但是如果你将一个电磁铁连接到交流电上——在交流电电路中，电流每秒会多次先朝一个方向流动，然后再朝另一个方向流动——你就会根据电流方向的变化及时改变电磁铁的极性。这会产生一个不断变化的磁场——这是感应电流的理想条件。
交叉信号
电磁铁的磁场取决于电流的方向。如果你将电线缠绕在铁钉上并不时改变电流的方向，由于相反的信号相互抵消，你将会削弱磁场。
通过感应充电传输电力
一些无线充电站允许你同时给多个设备充电。
大多数无线移动充电解决方案依赖于感应耦合。以下是一种典型的方法：
充电站采用垫子或其他平面的形式。垫子内部有一个或多个感应耦合线圈。垫子本身是有线的——你必须将其插入墙上的插座。由于进入你家的电是交流电，垫子为线圈提供了产生变化磁场所需的电力。
你的移动设备需要一个特殊的外壳或附件来利用这个磁场。一些制造商生产的设备带有便于感应耦合的外壳和电子元件——Palm Pre就有这个功能。但大多数制造商生产的设备仍然需要电缆或电线来充电。对于这些设备，你可能需要使用特殊的套子，因为每个套子都适合特定型号的设备。或者你可能需要连接一个插入移动设备充电端口的适配器。套子或适配器将有与表面的电感线圈相匹配的线圈。
无论你的设备原生支持感应耦合还是需要套子或适配器，你的下一步都是将设备放在充电表面上。垫子内部的电感线圈产生磁场，在你的设备、套子或适配器内部感应出电流。然后这个电流给你的设备电池充电。因为垫子和设备之间没有直流电通过，所以当你在移动中拿起设备是完全安全的。
感应耦合很有用，但也有一些缺点。最大的缺点是它不能在远距离工作。将设备放置得离中心稍远一点可能意味着你实际上并没有给电池充电。一些无线充电板试图通过标明设备应放置在表面的位置或者通过创建设备可放入的凸起区域来确保线圈足够靠近以正常工作来弥补这一缺陷。
虽然感应耦合是无线充电器最常见的方法，但它不是唯一的方法。让我们来看看感应的一些替代方法。
传导连接、无线电传输和Wi – Fi？
另一种对移动设备进行无线充电的方法采用更直接的途径。传导充电垫在移动设备和充电表面之间创建一个直接的电路。充电设备的表面有导电金属条。当带有相应电触点的设备接触这些金属条时，电流就流入设备。
要使其工作，设备必须将触点集成到其外壳中，或者有一个带有触点的特殊套子。你将设备卡入合适的套子，然后将套有套子的设备放在表面的正确位置上，确保接触。这就创建了一个电路并给你的设备充电。
你必须确保套子上的触点与充电器表面的导电条匹配，否则你将无法创建电路。但是导电条可能比感应耦合更高效，根据无线电力联盟的数据，感应耦合的平均效率在50%到70%之间[来源：希金博特姆]。这意味着即使在一个高效的感应耦合系统中，运行充电站所需电力的至少30%被浪费了。
虽然电力的无线电传输效率不高，但可以设计一个将射频波转换为直流电的充电站。但是，除非你有一个大型天线和一个特别强大的广播源，否则你不会从周围的环境信号中获取太多电力。
无线充电技术不断发展
最终，我们将能够通过登录Wi – Fi信号来给我们的设备充电。这多酷啊？
有了这么多充电板选项和无线充电配件，我们可能即将告别缠结的电线和专用插头——谢天谢地！很快，有线充电就会变得非常过时。
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