原标题：感应充电器：为什么电动牙刷可以在塑料支架上充电？

　　如果你有一个 电动牙刷 与一个 塑胶 底部，您可能会惊叹于它是如何通过站在似乎是塑料支架上的魔法来充电的!两块塑料如何充电 电池 牙刷内 当它们之间没有直接的金属接触时?到底是怎么回电 两个塑料绝缘子之间的流动?

　　这里发生的事情是一个巧妙的技巧，叫做 无线(感应)充电, 它是可充电牙刷和手机充电垫等一切产品背后的力量 到最新的电动汽车无线充电舱。 我们将仔细研究它是如何工作的，但如果您还不了解普通电力变压器的工作原理，您可能想快速浏览我们的文章 变形金刚 在继续之前。如果您想了解其他类型的充电器，您可能更愿意查看我们的文章 电池充电器.

　　相片：一把电动牙刷站在感应充电器上。即使塑料刷和底座中的塑料充电器单元之间没有直接的电接触，电刷中的电池也会充电。那么电是如何穿过两层塑料的呢?

　　普通充电器

　　大多数小的 电子的 我们在家中使用的电器在相对较低的电压下工作 - 通常是高压电器的5-10%，例如 吸尘器 和 洗衣机.这意味着我们通常需要使用 变形金刚 “降低”家用电压，以便安全地为电子产品供电而不会炸毁它们。您拥有的所有充电器(连接到电线上的小盒子，可以插入诸如您的 MP3播放器 和 手机)实际上里面藏着电力变压器。

　　很容易理解这些简单的充电器是如何工作的： 电力 流 从墙上的电源插座进入充电器。 在充电器内部，一个 变压器 将电力“降压”到更低的电压。然后，低压电流从充电器流入 电池 在您的电器中。需要注意的重要一点是， 变压器的所有三个部分( 初级线圈, 这 次级线圈，以及 铁芯 连接 它们一起)包含在充电器内：

　　照片：普通充电：变压器的所有组件都包含在充电器内。

　　感应充电器

　　到目前为止一切顺利——但是像 电动牙刷，哪个没有电源线插入墙壁?当您将牙刷放在充电器上时，当塑料是绝缘体(即不允许电流流过它)时，电流如何从其塑料涂层底座流入刷子内的电池?

　　这不是我们这里的魔法——它只是另一种狡猾伪装的变压器。 电动牙刷及其充电器像手机一样使用变压器 或者MP3播放器，但它被巧妙地分成两部分，一半的变压器在牙刷的底部，其余的在它站立的充电器底座上：

　　图稿：感应充电：变压器的一半在牙刷中;一半在看台上。

　　初级线圈位于充电器底座中，顶部有一个铁钉 它被塑料覆盖。次级线圈位于 牙刷，你站在铁钉上。挂钩有什么用?不仅仅是为了停止牙刷 摇摆不定：它是连接主要和次要的核心 线圈在一起 电磁. 当牙刷站在钉子上时，你已经有一个完整的 通过电磁感应工作的变压器： 能源 从底座中的线圈流到 牙刷中的线圈通过连接它们的铁钉。 牙刷中线圈的两端简单地连接到可充电设备 里面有电池。

　　照片：电动牙刷的底部有一个孔，因此它可以牢固地固定在底座上的“钉子”上——实际上是变压器的核心。铜线圈(右)就在塑料底座上方，围绕孔运行。

　　照片：The 铜 电动牙刷内部的充电线圈。线圈用作变压器的次级线圈。它安装在刷子的最底部，当刷子坐在底座上时，它位于充电器支架上的小铁钉周围。线圈的两根引线连接到牙刷内的可充电电池。

　　像这样工作的充电器称为 感应充电器.安全是在浴室中使用感应充电器的主要原因：您不需要电源线或从牙刷底部出来的裸露引线，牙刷底部通常会弄湿。 出于同样的原因，电动剃须刀经常使用感应充电器。

　　无线充电器

　　无线垫式充电器(以商标品牌名称Powermat®出售)也是感应充电器。垫子作为变压器的一部分(基本上就像电动牙刷的支架)，而变压器的另一部分是嵌入设备内部的电路(如牙刷底座内的线圈)，夹在设备背面的垫子，或者，对于手机，带有连接到充电插座的内置充电线圈的替换电池盖。没有魔法：它只是又是电磁感应!

　　插图：Powermat使用与电动牙刷充电器完全相同的原理。如果你有一个手机垫充电器，它的工作原理是这样的。充电器的一部分(初级线圈)位于垫子内。另一部分夹在手机背面，通常作为更换电池盖。此位包含充电器的另一部分(次级线圈)，并连接到手机的充电器端口(或手机内的电池端子)。

　　由Ossia于2013年推出的Cota®使用了类似的无线原理 - 事实上，它被描述为 像Wi-Fi一样，但使用2.4 GHz无线电波传输功率而不是数据。不需要垫子，它 可与其他感应充电技术一起使用，充电可以在距离变送器一定距离的地方进行 (甚至在手机或电动汽车中的接收器移动时)。

　　相片：隐藏在手机后盖内的无线充电器线圈。由于它在这张照片上不是很明显，所以我用红点突出显示了它。线圈连接到一些铜触点(左上角)，这些触点为手机电池供电。

　　谐振充电器

　　尽管充电垫可以高效工作并且通常比有线充电器更方便，但充电垫仍然有其缺点：例如，您一次只能为这么多设备充电，并且您的小工具必须坐在垫子上。WiTricity的竞争对手充电器再次略有不同 - 而且更方便，因为它们允许在距离充电器一米左右(几英尺)的距离充电。与普通的感应充电器不同，WiTricity充电器具有 发射机 以精心选择的频率振荡的线圈，将其功率发送到附近设备中的接收器线圈，这些线圈经过调谐，以便它们以相同的频率“共振”——类似于 收音机 有选择地调谐，因此它们仅从广播发射机接收一个电台。这确保了只有“耦合”设备本身充电，对附近的其他电气设备的影响最小。

　　图稿：在WiTricity系统中，充电器(左)中的绕线线圈(红色和黄色)产生特定频率的磁场。手机或其他电器中的线圈(右)设计为以相同的频率“共振”。当两个线圈以这种方式“耦合”时，能量从一个线圈传递到另一个线圈，即使它们可能相距一定距离。

　　无线充电的未来会怎样?

　　无线电力传输最初由 尼古拉·特斯拉 (1856-1943)接近19世纪末。这是对特斯拉天才的致敬，他在Powermat和WiTricity等现代系统开发之前一个多世纪就预见到了它们。

　　图片：尼古拉·特斯拉(1856-1943)，无线电源的先驱。摄影：Sarony;T. Johnson 雕刻，约 1906 年，由 美国国会图书馆.

　　尽管您可能期望超级方便的无线充电器现在无处不在，但关于标准和兼容性的争论严重阻碍了它们的采用。例如，Powermats是由一个名为Power Matters Alliance(PMA)的机构推广的，但也有两个竞争对手，Wireless Power Consortium(推广一种名为Qi的技术)和无线电源联盟(A4P)。至少可以说，所有这些都让消费者感到困惑。PMA和A4P最终合并为一个名为AirFuel联盟的新机构，但这仍然留下了两个提供无线充电的竞争系统：Qi和PMA。

　　您可以将这视为使用各种不同电池的小工具和电器的更广泛问题的一部分，并且通常需要自己的专有充电器以不同的电压或电流工作(USB充电器在过去几年中一直在稳步解决这一问题)。但这也是技术如何通过一种“适者生存”进化发展的必然部分：最好和最有用的技术蓬勃发展;较小的“物种”被搁置一旁;公司热衷于推动自己的技术版本，从中他们可以(理论上)赚更多的钱。

　　无论如何，无线充电将采用单一的通用标准 - 以及2018年1月 宣布Powermat已加入无线充电联盟 建议那将是齐。这个过程是由产品制造商支持一种标准或另一种标准推动的。例如，相当多的汽车制造商现在为移动设备提供无线充电垫，但虽然一些汽车制造商(如凯迪拉克)一直在对冲他们的赌注并支持Qi和PMA，但其他制造商(丰田和福特)已经坚定地选择了一方，并确定了Qi。同样，虽然三星手机已经支持Qi和PMA一段时间了，但苹果在发布iPhone 8和iPhone X时宣布将单独支持Qi。 开沟 2019年项目合计，理由是技术困难。电动汽车越来越多地从街上的无线充电站充电，也在选边站。例如，梅赛德斯选择了Qi。

　　照片：为电动巴士无线充电。车辆停在由右侧灰色变压器供电的动量动力学充电装置上。摄影：Ahmed Mohamed，美国能源部/国家可再生能源 能源实验室(NREL).

　　那么，这场现代(无线)电流战争是否真正结束了?绝不!科塔的到来， 一个承诺像Wi-Fi一样简单方便的无线充电系统可以改变一切。2019年， 它获得了美国联邦通信委员会(FCC)的批准，为笔记本电脑和手机等日常设备的广泛采用铺平了道路。Cota最终会让无线充电无处不在吗?根据其开发人员的说法，引用 由 逆 到2020年，其相对较远距离充电的能力是关键：“任何短程电源解决方案，如Qi，都不足以实现这种部署。我们相信，像Cota这样的远程无线电源将是物联网部署增长的关键。 另一个最近的进入者是 无线充电，它使用视线红外光束为手机等低功耗设备充电，距离可达 10 米(30 英尺)。典型应用可能包括从单个隐蔽的屋顶发射器单元为会议桌上的所有电话充电，或为客厅小工具中的所有电话充电。