Wireless Charging : ไม่มีสาย แล้วจะชาร์จได้อย่างไร

เชื่อว่าหลายๆคน คงเคยได้ยินเรื่องการชาร์จแบตเตอรี่ โดยไม่ใช้สาย หรือ Wireless charging มาแล้วบ้าง ซึ่งถ้าเราพูดถึงการชาร์จแบตเตอรี่ที่ใช้สายเป็นส่วนประกอบ พูดง่ายๆคือ Wire charging คิดว่าด้วยความรู้ที่มีในวิชาพื้นฐานฟิสิกส์ของระดับมัธยมศึกษาแล้ว เด็ก ๆ คงพอจะอธิบายหรือคาดเดาหลักการทำงานของมันได้อย่างคร่าว ๆ

ในระดับมัธยมศึกษา เชื่อว่าทุกท่านน่าจะรู้จัก สัญลักษณ์ทางฟิสิกส์พื้นฐานในเรื่องไฟฟ้าเป็นอย่างดี เช่น I แทน กระแสไฟฟ้า (Current) , V แทน ความต่างศักย์ไฟฟ้า (Voltage) , R แทน ค่าความต้านทานไฟฟ้า (Resistance) , P cแทน กำลังไฟฟ้า (Power) , C แทน ตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitance) , L แทน ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor/reactor) , E แทนพลังงาน (Energy) เป็นต้น อย่างประเทศไทยเอง การไฟฟ้าจะจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ค่าความต่างศักย์ V = 220 volt ถ้าคิดแบบง่ายๆ  เมื่อมี V มี I ก็ทำให้เกิด P ได้ ในทางกระแสไฟตรงคือ P = IV นั้นเอง ( Ohm’s law) เมื่อกล่าวถึง P ก็สามารถโยงใยไปถึง E ได้  แล้วก็ประกอบกับหลักการคิดง่ายๆว่า แบตเตอรี่ก็เปรียบเสมือน C ขนาดใหญ่อันหนึ่ง จึงเก็บไฟฟ้าที่ถูกจ่ายมากับสายไฟไว้ได้

“แต่ ถ้าไม่มีสายไฟละ!!!”

หลักการทำงานของ Wireless Charging มีชื่ออย่างเป็นทางการทางวิทยาศาสตร์ว่า Inductive Charging โดยแปลตรงตัวง่ายๆคือ “การชาร์จประจุไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำ”  หรือ “การส่งต่อพลังงานด้วยการเหนี่ยวนำ” นั้นเอง

โดยหลักการพื้นฐานของ Inductive Charging มีพื้นซานจากเรื่อง แม่เหล็กไฟฟ้า โดยปรกติแล้วหาก กระแสไฟฟ้า เป็นสิ่งที่เหนี่ยวนำให้เกิด สนามแม่เหล็ก และ ฟลักซ์แม่เหล็ก รอบตัวเหนี่ยวนำเสมอ ในทางตรงกันข้าม สนามแม่เหล็กเอง ก็เหนี่ยวนำให้เกิด กระแสไฟฟ้า ออกมาเช่นกัน โดยทิศเป็นไปตามกฎของฟาลาเดย์ (Faraday’s law)  หากใช้หลักปรากฏการณ์นี้ก็สามารถที่จะทำให้เกิดกระแสโดยไม่ต้องมีสายได้  กล่าวคือถ้าจ่ายไฟฟ้าเข้าไปจะได้เป็นสนามแม่เหล็กออกมา แต่ถ้าจ่ายสนามแม่เหล็กเข้าไปในพื้นที่ตรงกลาง เราก็จะได้กระแสไฟฟ้าออกมาทางสายนั่นเองงง ดังนั้นในฝั่งของตัวรับที่แปะอยู่ที่ฝาหลังมันก็จะมีลักษณะเป็นขดลวดพันอยู่โดยรอบ โดยจำนวนรอบจะพันให้พอเหมาะเท่ากับอุปกรณ์ที่ต้องการ จากนั้นกระแสไฟฟ้าก็จะถูกส่งไปแปลงแรงดันให้คงที่ก่อนจะส่งเข้าไปชาร์จแบตเตอรี่โดยตรง

และนี่เอง จึงนำมาสู่ เทคโนโลยี Wireless charging

และอีกสิ่งที่เราควรจะรู้เพิ่มต่อจากความรู้ด้านบนคือสนามแม่เหล็กไม่ได้พุ่งเป็นเส้นตรง หากแต่มันจะพุ่งแล้ววนกลับไปยังอีกฝั่งหนึ่งเป็นเส้นโค้ง  หากเรามองสนามแม่เหล็กเป็นเส้นๆ หากเส้นไหนพุ่งออกจากตัวส่งแล้วสามารถพุ่งข้ามไปยังตัวรับได้ มันก็จะกลายเป็นกระแสไฟฟ้า แต่ถ้ามันพุ่งไปไม่ถึง มันจะวนกลับไปยังอีกขั้วหนึ่ง และพลังงานจากเส้นนั้นก็จะกลายเป็นพลังงานที่สูญเสียไปโดยเปล่าประโยชน์ (Waste) ซึ่งสิ่งที่จะทำให้สนามแม่เหล็กสูญเสียไปได้แก่

"ระยะห่าง" ถ้าคุณจะใช้ Wireless Charger ก็ควรวางมือถือประกบไว้กับตัว Charging Pad ให้แนบชิดที่สุด เพราะแค่คุณยกขึ้นมา 1 เซนติเมตร พลังงานก็จะหายไปเป็น 10% แล้ว อีกปัจจัยหนึ่งคือ

"การเหลื่อมกันของขดลวด" ถ้าเราวางมือถือกับ Charging Pad แบบเหลื่อมกัน ก็จะทำให้พลังงานก้อนหนึ่งพุ่งออกไปในอากาศและกลายเป็นพลังงานไร้ค่าไปได้เช่นกัน

นอกจากนี้ก็ไม่ควรใช้อุปกรณ์ที่มีการยิงสนามแม่เหล็กไปหักล้างกับสนามแม่เหล็กที่ใช้เหนี่ยวนำให้เกิด wireless charging ด้วยเช่นกัน

http://www.neutron.rmutphysics.com/science-news/index.php?option=com_content&task=view&id=2703&Itemid=4

http://www.aeec.co.th/index.php/home/technology/why/wireless-charger

http://www.9engineer.com/index.php?m=article&a=print&article_id=2393

http://www.rmutphysics.com/charud/scibook/electric1/Electromagnetic_induction.htm

ภาพจาก

http://www.rmcybernetics.com/science/cybernetics/electronics_volts_amps_watts.htm

http://www.neutron.rmutphysics.com/science-news/index.php?option=com_content&task=view&id=2703&Itemid=4