一、被反复提醒的那件事
使用无线充电产品的时候，商家都会反复提醒：充电区附近不能有金属——钥匙硬币、口罩鼻梁条、NFC 卡、带铝箔内衬的酒精湿巾，都在提醒之列。真不小心压上一个，轻则金属加热发烫，屏幕弹出提示：检测到异物，停止充电；重则直接引燃造成危险。
第一代感应式无线充电工作在100 到 300 kHz 之间，对进入充电区的金属十分敏感。行业的应对办法是引入异物检测，简称 FOD：一旦发现金属，就降低功率或者直接断电。所以现在我们要安全使用的无线充电，需要让充电区保持干净，别让金属靠近。
新一代 6.78 MHz 磁共振无线充电换了条路。
它的工作频率比第一代高了 40 多倍。按常识，频率越高、涡流越强，金属应该更热才对。但实际恰恰相反：钥匙、硬币、金属碎屑落在充电区，几乎测不出温升。
这个反常识背后的物理规律是怎样的，它对做产品的人到底意味着什么呢？让我们一起来揭秘一番。
二、物理原理：两个视觉
本文讨论的是交变磁场与块体金属的相互作用，也就是硬币、钥匙、回形针、螺丝这类实心金属件。恒定磁场本来就可以自由穿过铜和铝异物，被挡住的只是变化的磁场。
金属发热来源-涡流效应
交变磁场打到金属上，根据楞次定律，金属内部感生出涡流，涡流产生反向磁场，把外来磁场顶回去。能量因此分成两份：
挡回去的：绝大部分被排斥回去，这部分是无功的，不产生热；
- 被吸收的：一小部分被涡流在金属电阻上消耗掉，变成焦耳热。
- 金属会不会挡磁场，答案是一定会。
真正决定温升的，是被消耗掉的那一小部分究竟有多小。
金属吸收多少能量，取决于四个量：
磁场强度 B、材质电导率 σ、厚度 t、频率 f。
两个区制，及 6.78 MHz 落在哪一个
-----------趋肤效应与厚区公式
这四个量不构成一个统一的公式。它们在两种截然不同的情况下，以完全不同的方式组合：
- 薄体区制：涡流能够均匀填满整个金属截面时，损耗按体积计算；
- 厚体区制：涡流被挤在表层时，损耗按表面计算。
6.78 MHz 下的硬币、钥匙、回形针，全部属于厚体区制。
分界线是一个问题：涡流能不能填满整个金属截面。回答这个问题的量叫趋肤深度 δ。
趋肤深度 δ 是交变电流在导体内的有效渗透深度。
它本身不是一个损耗公式，它是一把尺，用来和金属厚度 t 相比：
- t 小于 δ，涡流填满整个截面，用薄体公式
- t 大于 δ，涡流被挤在表层，用厚体公式
薄体区制，t ≪ δ
涡流均匀充满截面。对半径 a、厚 t 的金属片：
所以在此理论框架下，频率f越高，加热效应越强
厚体区制，t ≫ δ
磁场被排斥在表层，体积分失效，改用表面阻抗模型。单位面积吸收功率为：
代入：
三个符号全部翻转：
两个公式里，f、σ、t 的指数完全不同，其中 σ 的指数甚至符号相反。所以拿到一块金属，第一件事不是套公式，是先量一下 t 与 δ 的比值。
而 趋肤深度δ 本身又依赖工作频率f。这就是频率的第一重作用：它决定了这块金属该用哪个公式。
代入常见金属：
一枚硬币厚约 1.5 mm，钥匙更厚。在 6.78 MHz 下，它的厚度是趋肤深度δ的三十倍；在 150 kHz 下也超过四倍。两个频率下都属于厚体区制，因此可以用同一个公式直接比较，不存在换公式带来的跳变。
考虑两个角度-高频下磁场B降低，成f平方反比
视角一：金属的角度
厚体区制的结论是：
单看这个公式，磁场强度不变的话，频率越高金属越热。感应加热行业正是靠这一条工作的，想把工件表面淬硬，就把频率往上调。
单看金属这一侧，高频是不利的。
视角二：系统的角度
转折在于，在无线电能传输系统里，磁场强度 B 不是一个可以随便取值的自由变量。
法拉第电磁感应定律给出接收线圈上的感应电压。
其中 N 是匝数，A 是线圈面积。
系统要向设备送出同样的功率，就必须维持同样的感应电压。N 和 A 由线圈结构决定，因此：
这是整件事的物理引擎。频率提高 45 倍，在送出同样功率的前提下，系统所需要的磁场强度只有原来的1/45。
高频并不是用更猛的场去推。恰恰相反，高频让系统可以用弱得多的场，完成同样的功率传输。
两个视角合起来：
把视角二的结论代回视角一的公式：
这个指数里藏着两个方向相反的 f：
主导因素是磁场强度，趋肤效应把优势削掉一部分，但削不完。
代入 45 倍的频率差：
在等功率、同等耦合条件下，金属吸收的能量降到约1/300。
三、实验室的测试数据
国际无线充电标准组织 AirFuel Alliance 的成员企业对一批常见金属物体做过对照测试，在 6.78 MHz 与 115 kHz 两套系统下分别测量温升。结论是 6.78 MHz 系统对物体的加热普遍更低，因此 AirFuel Resonant 系统可以在硬币、钥匙、回形针等常见金属物存在的情况下继续正常工作。
更有分量的是第三方文献。IEEE 关于无线电能传输异物检测的综述论文 Foreign Object Detection in Wireless Power Transfer Systems 指出，在 6.78 MHz 及更高频率的小功率无线充电系统中，硬币、钥匙这类金属物体的温升不显著，以至于温度传感器根本不适合用来做金属异物检测。温升已经低到测不出来了。
四、从公式到工程的三点补充
上面的推导成立于理想条件。落到真实产品上，有三点需要补充。
三百倍是理论上界
推导中的磁场 B 与工作频率 f 成反比，隐含了一个前提，
就是耦合系数不变。
而松耦合恰恰是我们主动把耦合系数k做低的，这正是隔空和不用对准的来源。回到法拉第定律的完整形式 V = ωM·I，互感 M 变小，发射电流就要相应抬回去，磁场也跟着抬回去。因此实际系统中场强的下降幅度小于 45 倍，净衰减也小于理论上界。
AirFuel 在公开材料中采用的是更保守的口径，把金属吸收能量的下降表述为随频率提升的平方根反比，对应到 45 倍频率差约为5-20倍。实际产品落在这个保守口径与三百倍的理论上界之间。也就是说从150kHz到6.78MHz间，频率提高45倍，实际加热效应为只有约其1/20。
准确的说法因此不是金属完全不发热，而是对小片金属异物造成的温升低到无需为此中断供电。
大面积金属平面挡住了磁场，是效率问题
一整块金属板，例如镀膜玻璃或金属机壳，会显著削弱甚至挡住穿过它的磁场，导致传输效率下降甚至充不上电。这与局部小金属件发热是两个不同的问题，不能用本文的结论去套。
微米级金属镀层是唯一的反向例外
本文的全部推导建立在厚体区制上。有一类物体不属于这一档：以往常见的CD光盘的铝反射层。它远薄于趋肤深度，属于薄体区制。在那一档里，频率带来的增益与场强的下降恰好精确抵消，升频对它没有任何收益。这也是 AirFuel 实测数据中唯一的例外项。
这类镀层不适合放进 6.78 MHz 充电区。好在光盘、磁带这类物品在今天的桌面上已经基本绝迹，实际产品中遇到的概率很低。
现在我们可以做个极速回顾和总结：一个涡流，两种体质，三步推导，45倍频率，1/20的加热效应
五、这对产品意味着什么
第一层，异物检测从安全联锁降级为体验策略
在紧耦合系统里，FOD 是安全刚需。检测不到金属就可能出事故，所以逻辑必须是宁可错杀，立即断电。在 6.78 MHz 系统里，块体金属不再构成热安全风险，异物处理可以变成更宽松的策略，而不是硬性中断。
第二层，充电区域可以做大
异物出现的概率随充电面积上升。紧耦合方案想做大面积充电台面，等于是在放大自己的异物问题，这是多线圈方案的结构性困境。对 6.78 MHz 而言，面积变大并不同步放大热风险，大面积、多设备、随手一放的产品形态才真正成立。
第三层，结构设计的自由度
设备内部的螺丝、弹片、屏蔽罩、金属支架，在传统低频Qi无线充电方案里都要为线圈区域让路。在 6.78 MHz 下，这些金属结构件的约束显著放宽，留给结构工程师和工业设计的空间更大。
这三条是同一个物理原因的三个投影。再往前一步，不怕金属、隔空传输、不用对准，也都来自同一个源头，它们都是松耦合系统用高频换取低场强所带来的结果。这不只是三个独立的卖点，是一件事的三个侧面。
对普通用户，一句话就够：桌上有钥匙、口袋有硬币也不用挪开，放上去就充，还不烫手。
六、最后留个问题
你被无线充电检测到异物、自动断电坑过吗？当时充电区里放了什么？评论区聊聊。
兆赫兹科技专注 6.78 MHz 磁共振无线充电模组、芯片与定制方案。如果你正在考虑某个硬件产品是否适合这项技术，欢迎联系我们。
参考来源
- AirFuel Alliance, Next Generation wireless power technologies that do not heat common metal objects
- Foreign Object Detection in Wireless Power Transfer Systems, IEEE Transactions on Industry Applications
- AirFuel Resonant Baseline System Specification
